I PORTAUTENSILI SONO FONDAMENTALI QUANDO SI PARLA DI PRODUTTIVITÁ NELLA LAVORAZIONE DEI METALLI
Fagersta, Novembre 2019 — Macchine utensili di precisione e utensili da taglio avanzati insieme offrono un'eccezionale produttività nella lavorazione dei metalli. Tuttavia, il collegamento tra l'utensile da taglio e il mandrino della macchina - il portautensili - è cruciale per raggiungere la piena produttività. I produttori di utensili offrono un'ampia varietà di tipologie di portautensili, ciascuno progettato per prestazioni ottimali in alcune applicazioni.Fagersta, Novembre 2019 — Macchine utensili di precisione e utensili da taglio avanzati insieme offrono un'eccezionale produttività nella lavorazione dei metalli. Tuttavia, il collegamento tra l'utensile da taglio e il mandrino della macchina - il portautensili - è cruciale per raggiungere la piena produttività. I produttori di utensili offrono un'ampia varietà di portautensili, ciascuno progettato per prestazioni ottimali in determinate applicazioni. Pertanto, un'officina meccanica dovrebbe basare la scelta dei portautensili sulle sue operazioni specifiche e sul tipo di componenti che produce. Tuttavia, mentre le officine cercano di acquisire la più avanzata tecnologia in termini di macchine e utensili da taglio, spesso attribuiscono un'importanza minima alla selezione, all'applicazione e alla manutenzione dei portautensili che si adattano meglio alle loro specifiche esigenze di produzione.
NON TUTTI I PORTAUTENSILI SONO UGUALI
Nessun portautensili è appropriato per tutte le possibili applicazioni. Un portautensili progettato per eseguire operazioni di finitura ad alta velocità in genere mancherà della rigidità e della tenacità necessarie per essere efficace, ad esempio, nella sgrossatura profonda di fusioni grezze. Al contrario, un portautensili progettato per la lavorazione di sgrossatura di solito non avrà qualità di bilanciamento che gli consentano di funzionare senza problemi ad alte velocità nelle operazioni di finitura. Inoltre, il design robusto e l'ingombro di un portautensili per sgrossatura possono limitare l'accesso a lavorazioni di precisione o di particolare profondità. Pezzi in materiale tenace richiedono portautensili con maggiore resistenza e rigidità. Inoltre, anche le capacità di un portautensili di smorzare le vibrazioni e gestire efficacemente il refrigerante sono importanti criteri di selezione.
L'uso di un portautensili non appropriato può comportare errori dimensionali e scarti, oltre a un'eccessiva usura dei mandrini delle macchine utensili, una minor durata dell'utensile e un maggior numero di rotture. In lavori non critici, un portautensili economico può dare risultati soddisfacenti. Tuttavia, nelle operazioni in cui precisione e ripetibilità sono obbligatorie - specialmente quando dover scartare un pezzo costoso riduce sensibilmente i margini di profitto - l'investimento in portautensili di alta qualità per applicazioni specifiche fornisce un'assicurazione a basso costo contro queste perdite impreviste.
Per alcuni gestori di officine, usare le versioni lunghe dei portautensili per una vasta gamma di applicazioni rappresenta una valida strategia di riduzione dei costi. Al contrario, utilizzare sempre il portautensili più corto possibile massimizzerà la rigidità, minimizzerà le vibrazioni che compromettono la finitura superficiale e preserverà la durata dell'utensile.
I portautensili rappresentano meno del 2% dei costi di produzione totali. Anche dimezzando tale costo si ottengono risparmi trascurabili, mentre un pezzo scartato o un utensile rotto hanno un effetto finanziario sensibile. Utensili e portautensili premium possono aumentare i tassi di produzione nella lavorazione dei metalli, per un ritorno immediato sull'investimento in utensileria. Soprattutto in settori come la produzione di componenti aerospaziali in cui la stabilità di processo è fondamentale, molti produttori si concentrano soprattutto sull'acquisizione di utensili di alta qualità per evitare la produzione di parti difettose, perdite di tempo nelle attività di risoluzione dei problemi e interruzioni della produzione. I produttori di componenti aerospaziali in genere impiegano molto tempo per validare nuovi tipi di portautensili prima di certificarli per la produzione.
LE CARATTERISTICHE DEL PEZZO INFLUENZANO LA SCELTA DEL PORTAUTENSILI
I fattori che influenzano la selezione del portautensili includono la lavorabilità del materiale, nonché la configurazione del pezzo finale, che può determinare le dimensioni del portautensili necessarie per raggiungere determinati contorni e/o dettagli. Tuttavia, i portautensili dovrebbero essere il più possibile facili da usare per ridurre al minimo la possibilità di errore dell'operatore.
Indipendentemente dalla tecnologia di portautensili utilizzata, la rigidità di una macchina utensile, la potenza del mandrino e la capacità di generare tolleranze strette determineranno quali operazioni sono possibili. Ad esempio, tentare di produrre tolleranze su scala micrometrica su una macchina usurata è estremamente complicato.
Gli elementi di base di una macchina utensile svolgono un ruolo chiave: una macchina veloce con guide lineari trarrà il massimo vantaggio dai portautensili progettati per applicazioni ad alta velocità, mentre le macchine con guide integrali sono adatte a lavorazioni pesanti. Una macchina multi-task sfrutterà appieno le capacità dei portautensili in grado di eseguire sia operazioni di tornitura sia di fresatura e foratura.
La strategia di lavorazione guiderà anche la scelta del portautensili. Ad esempio, le officine possono scegliere utensili per massimizzare la produttività nelle lavorazioni ad alta velocità (HSC) che comportano profondità di passata minori o, in situazioni di taglio ad alte prestazioni (HPC), che si concentrano sulla generazione di elevati volumi truciolo su macchine con potenza adeguata ma velocità limitata.
Un runout basso e ripetibile può aiutare a garantire un impegno costante dell'utensile e quindi ridurre le vibrazioni e massimizzare la sua durata. L'equilibrio è fondamentale e un portautensili di alta qualità dovrebbe essere ben bilanciato con una qualità G2,5 - 25000 giri/min (1 g.mm). Le officine meccaniche possono svolgere le proprie ricerche e consultare i propri fornitori di utensili per determinare il sistema portautensili che soddisfa maggiormente le loro esigenze di produzione.
OGNI PORTAUTENSILI HA IL SUO AMBITO
Che si tratti di Weldon, portapinza, calettamento termico, di tipo meccanico o idraulico, anche i portautensili devono essere abbinati a requisiti operativi specifici. I portautensili semplici per frese a candela con codolo Weldon, ad esempio, sono rigidi, facili da usare, possono trasmettere una coppia elevata e fornire un bloccaggio sicuro e resistente con una forte azione antisfilamento. Sono adatti per sgrossature pesanti ma mancano di precisione per quanto riguarda la concentricità. In generale, sono intrinsecamente sbilanciati e non risultano produttivi per lavorazioni che utilizzano elevate velocità di rotazione.
I portapinze e le pinze intercambiabili sono la forma più comune di tecnologia di ritenuta per utensili tondi. I portautensili economici di tipo ER sono disponibili in una vasta gamma di dimensioni e offrono una presa sufficiente e affidabile per operazioni leggere di fresatura e foratura. I portapinze ER ad alta precisione presentano un runout basso (<5 µm alla punta dell'utensile) e un design simmetrico che può essere bilanciato per le operazioni ad alta velocità, inoltre sono disponibili versioni rinforzate per lavorazioni pesanti. I portautensili ER facilitano il cambio rapido e possono adattarsi a un’ampia gamma di diametri di utensili.
I portautensili a calettamento termico offrono una grande forza di serraggio, concentricità di 3 µm a 3xD ed eccellenti qualità di bilanciamento. La loro parte terminale di dimensioni ridotte offre una buona accessibilità nei punti più stretti dei pezzi.
Le versioni rinforzate possono eseguire fresature da moderate a pesanti, ma la forza di serraggio dipende dalle tolleranze del codolo e del portautensili. Gli utensili a calettamento richiedono l'acquisto di uno speciale dispositivo e il processo di riscaldamento/raffreddamento richiede più tempo rispetto al semplice cambio con portautensili a pinza.
I portautensili a forte serraggio per fresatura forniscono un’elevata forza di bloccaggio e rigidità radiale tramite più file di cuscinetti a rullini. Il loro design consente operazioni di fresatura pesante e cambi rapidi degli utensili, tuttavia il runout può essere maggiore di quello dei sistemi a pinze. I mandrini meccanici hanno generalmente dimensioni maggiori rispetto agli altri, questo può limitare l'accesso dell'utensile ad alcuni dettagli del pezzo.
I portautensili idraulici che utilizzano la pressione dell'olio per generare la forza di serraggio hanno meno elementi interni rispetto ai mandrini meccanici e, di conseguenza, hanno un profilo relativamente più sottile. I portautensili idraulici presentano un runout basso e sono efficaci per alesatura, foratura e fresatura leggera ad alte velocità del mandrino, tuttavia sono sensibili ad alti carichi radiali.
Altrettanto importante del modo in cui un portautensili serra un utensile da taglio, è il suo montaggio sul mandrino della macchina utensile. L'estremità lato mandrino o cono di un portautensili determina la capacità di trasferimento della coppia e stabilisce l'accuratezza di centraggio dell'utensile. Gli attacchi conici tradizionali BT, DIN e CAT sono efficaci su macchine più piccole ma possono essere limitati nelle applicazioni ad alta velocità. Le versioni che forniscono contatto sia sul cono che sulla flangia offrono una maggiore rigidità e precisione, specialmente in situazioni con uno sbalzo elevato. Per trasmettere una coppia maggiore in maniera affidabile, è richiesto un cono di dimensioni maggiori. Un portautensili HSK-E32, ad esempio, non può sostituire un HSK-A125 per una lavorazione pesante.
La scelta del tipo di cono del portautensili è spesso determinata dalle preferenze che si sono determinate nei singoli Stati. L’attacco HSK si è affermato in Germania a metà degli anni '90, quando le macchine a 5 assi sono diventate popolari. I coni CAT sono predominanti negli Stati Uniti, mentre in Asia i BT sono popolari, spesso nelle versioni a doppio contatto cono-flangia.
L’HSK è molto comune nelle lavorazioni a 5 assi. Le connessioni PSC (accoppiamento poligonale o Capto) e KM sono utilizzate principalmente su macchine multi-task e ora sono standard ISO. Sia KM che Capto sono anche sistemi modulari, che consentono il montaggio di utensili specifici in diverse lunghezze utilizzando prolunghe o riduzioni. I tipi di portautensili che consentono di tornire, fresare o forare con un unico piazzamento stanno diventando sempre più popolari con il diffondersi delle macchine multi-task.
Nonostante esistano sistemi proprietari di portautensili che utilizzano attacchi e pinze unici e innovativi con risultati impressionanti, un’officina deve valutare i suoi vantaggi. Questi sistemi, essendo di un singolo fornitore, in genere comportano costi maggiori e una scelta limitata di utensili.
COSTI E ALTRE CONSIDERAZIONI
Mentre il costo base del portautensili di tipo idraulico o meccanico è maggiore rispetto a quello di un portapinze o di un dispositivo a calettamento termico, altri fattori vanno presi in considerazione, come le spese del sistema di calettamento e il tempo necessario per cambiare gli utensili. È inoltre necessario disporre di un portautensili a calettamento adatto al diametro di ciascun utensile, rispetto alla possibilità di adattarsi a diametri diversi semplicemente cambiando le pinze in un sistema portapinze.
Anche gli operatori e il personale addetto alla manutenzione degli utensili svolgono un ruolo importante nell’utilizzo corretto del portautensili. Come per le macchine utensili e altre attrezzature di produzione, i portautensili richiedono un corretto uso e manutenzione per massimizzare i loro vantaggi e sfruttarli al massimo delle loro potenzialità. Ad esempio, l'operatore deve inserire il codolo dell'utensile nel portautensili per tutta la sua lunghezza, poiché un inserimento errato porterà a vibrazioni che compromettono la precisione e possono portare allo sfilamento dell'utensile. Seguire le specifiche per l’assemblaggio degli utensili è fondamentale. Gli operatori non devono usare una prolunga e applicare una coppia eccessiva quando si serra un portapinze, poiché questo torce la pinza e l’utensile risulta disallineato.
Anche la manutenzione degli utensili è importante ma spesso viene ignorata. Gli operatori devono sempre pulire i portautensili prima dell'uso e ispezionare anche il mandrino della macchina. I portautensili devono essere conservati puliti e asciutti, con tappi per proteggere il cono. La pressione del fluido dei portautensili idraulici deve essere controllata regolarmente.
CONCLUSIONE
Le officine meccaniche devono riconoscere l'importanza dei portautensili nel sistema di lavorazione e imparare che abbinare il portautensili adeguato alle rispettive macchine utensili, alle strategie utilizzate e ai pezzi può aumentare la produttività e ridurre i costi. Allo stesso tempo, i produttori di portautensili offrono gamme più complete di portautensili (vedi barra laterale), progettate per soddisfare le specifiche esigenze operative.
I miglioramenti futuri vanno oltre l’aspetto puramente fisico del portautensili. La gestione degli utensili mediante software e tag RFID è un elemento della produzione data-based e sta diventando sempre più comune. I progressi nella tecnologia includono alcuni portautensili dotati di sensori che consentono il monitoraggio delle forze in tempo reale. I dati raccolti consentono la regolazione in tempo reale dei parametri di lavorazione da parte dell'operatore o anche automaticamente tramite intelligenza artificiale (AI) in collegamento con l'unità di controllo della macchina. Queste e altre nuove tecnologie rafforzeranno ulteriormente il contributo alla produttività dato dal portautensili durante le lavorazioni.
UN PORTAUTENSILI PER OGNI NECESSITA’
Seco Tools cerca continuamente modi per espandere la gamma di portautensili che offre per soddisfare le esigenze specifiche dei clienti. Nel 2000, Seco ha acquistato la società francese EPB, che vanta una vasta esperienza nella progettazione e produzione di portautensili, teste di alesatura e portautensili antivibranti. Le risorse di EPB consentono a Seco Tools di offrire una vasta gamma di portautensili progettati per gestire particolari applicazioni.
Ad esempio, Seco Tools offre diverse opzioni di utensileria a calettamento termico che presentano un’ampia varietà di lunghezze e profili. I portautensili a calettamento HD sono progettati per applicazioni di sgrossatura pesante, mentre i portautensili a calettamento DIN sono la prima scelta per semifinitura e finitura nelle operazioni di taglio ad alta velocità in cui la qualità è una priorità. I portautensili a calettamento M&D (stampi e matrici) sono progettati per la finitura e la semifinitura in cavità profonde, come quelle comuni nella produzione di stampi e matrici o componenti aerospaziali.
Allo stesso modo, Seco Tools offre portapinze ER e HP. I portautensili ER popolari e versatili consentono agli utenti di bloccare una gamma di diametri di utensili montando pinze di dimensioni diverse. I portautensili a pinza HP sono progettati per produrre buone superfici del pezzo in applicazioni di finitura ad alta velocità e sgrossatura leggera. Tali portautensili hanno un effetto smorzante per ridurre al minimo le vibrazioni della lavorazione e nel caso di rottura dell'utensile consentono la rapida sostituzione della pinza e dell'utensile stesso per riprendere immediatamente la lavorazione.
Per le operazioni pesanti, i mandrini pre-bilanciati a forte serraggio Seco Tools sono in grado di ottenere elevati volumi di asportazione truciolo e sono un'alternativa ai portautensili a calettamento o Weldon. Sono facili da implementare e possono stringere diversi diametri di utensili con l'utilizzo di bussole di riduzione. Infine, i mandrini idraulici Seco, grazie alla versatilità nel bloccaggio degli utensili, alla precisione (runout inferiore a 5 µm a 3xD) e alla bilanciatura fine, sono particolarmente indicati per applicazioni di taglio ad alta velocità. Il serbatoio dell'olio integrato funge da agente smorzante che aiuta a ottimizzare la qualità della finitura superficiale.
Il personale tecnico-commerciale Seco è completamente formato per quanto riguarda le caratteristiche, le capacità e l'applicazione dei portautensili e un supporto aggiuntivo è garantito da esperti regionali. Un supporto tecnico competente aiuta i clienti a selezionare i portautensili più adatti ai loro pezzi, attrezzature e strategie di lavorazione. I cataloghi Seco forniscono agli utenti anche una guida tecnica dettagliata utile nello scegliere le soluzioni più produttive ed economiche.
