Lavorare a secco in fresatura

Dalla rivista:
RMO – Rivista di Meccanica Oggi

Pubblicato il 16 luglio 2002

I fluidi da taglio esplicano un effetto lubrificante e refrigerante. Tra i vantaggi del loro impiego figurano un aumento della durata e dell’affidabilità dell’utensile, assenza di adesione del truciolo sul petto dell’utensile, diminuzione delle forze di taglio, migliore lavorabilità di alcuni materiali difficili, migliore finitura superficiale e controllo del truciolo. D’altra parte occorre segnalare l’aspetto ecologico ed economico relativo allo smaltimento dei fluidi nonché gli elevati costi: in base ad alcune ricerche condotte da una casa automobilistica, il fluido da taglio inciderebbe per il 10-15% sul costo del pezzo. Da qui gli sforzi degli utensilieri per produrre utensili con rivestimenti tali da permettere il taglio a secco, ormai quasi tassativo nella fresatura. Essendo, infatti, il taglio discontinuo, ciascun dente subisce temperature elevate nella zona di taglio per poi raffreddarsi quasi istantaneamente quando investito dal fluido. I bruschi shock termici degli strati superficiali dell’inserto producono microincrinature con conseguente scheggiatura dell’inserto. Questa tavola rotonda, ospitata da Rivista di Meccanica Oggi, ha lo scopo di mettere in luce per quali materiali, lavorazioni e applicazioni sia necessario lavorare a secco e quando si richieda invece l’impiego di lubrorefrigerante. Alla tavola rotonda hanno partecipato Davide e Ferruccio Allasia, della Allasia rappresentante per l’Italia di Fette e Boehlerit; Ernesto Molinari, Alwa-Hermle; Giuseppe Andorlini, Breton; Paolo Costa e Fabrizio Pasqual, Febametal; Pietro Bianchi, Partner Italia; Sergio Pirovano e Marco Rizzi, Plansee Tizit; Francesco Benzi, Rambaudi Industriale; Vittorio Annoni e Davide Pozzi, Seco Tools; Franco e Marcello Gabrielli, UMA. Roberto Pacagnella, professore ordinario presso il Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, ha partecipato in qualità di moderatore della tavola rotonda.

Settori applicativi e tendenze

Nella lavorazione ad alta velocità, grosse frese, avanzamenti ridotti e notevoli profondità di passate cedono il posto a passate più ridotte ma con un’asportazione di truciolo maggiore nell’unità di tempo, grazie all’elevata velocità di taglio e al forte avanzamento. “Questa metodologia – afferma Ernesto Molinari, Alwa-Hermle – ha accentuato le problematiche dello shock termico. La lavorazione a secco, dal punto di vista della costruzione della macchina utensile, presenta il problema dell’elevato calore generato dall’utensile, problema che si risolve utilizzando aria compressa e studiando un’evacuazione ottimale del truciolo, per fare in modo che il contatto del truciolo durante la lavorazione sia il minore possibile. In futuro le macchine utensili dovranno tenere conto soprattutto della lavorazione a secco.” Attualmente i costruttori di macchine utensili puntano sull’alta velocità, a sua volta strettamente correlata alla lavorazione a secco. “Le problematiche maggiori – interviene Giuseppe Andorlini, Breton – devono essere risolte dall’utensiliere, che deve proporre uno strumento dalle caratteristiche meccaniche, chimico-fisiche e geometriche in grado di garantire la durata e l’efficienza di taglio necessarie per l’impiego in ambito produttivo. Da parte dei costruttori di macchine utensili, i problemi riguardano invece l’ottimizzazione dell’evacuazione del truciolo, la necessità di arrivare sull’oggetto con sistemi che aiutino la lavorazione a secco e la possibilità di utilizzare macchine che garantiscano l’assenza di vibrazioni, in modo da ottenere una buona finitura superficiale.”
Per Marcello Gabrielli, UMA, per sfruttare questa nuova tecnologia i centri di lavoro devono essere predisposti e studiati in funzione della lavorazione a secco e la tecnologia dell’utensile deve essere supportata da una macchina adatta: “Nei centri di lavoro verticali che proponiamo si utilizza un innovativo sistema per evitare il contatto del truciolo sul pezzo e sulle attrezzature che comporterebbe un riscaldamento con un inevitabile problema di dilatazioni termiche. Tale sistema è costituito da una tavola dove sono appesi dei gruppi divisori, senza una superficie d’appoggio, permettendo così al truciolo di cadere in un evacuatore.” Franco Gabrielli concorda sostenendo che la macchina utensile deve essere progettata per la lavorazione a secco e deve quindi garantire grande stabilità e rigidezza. “L’alta velocità è un concetto ideale, non ha riferimenti industriali ben definiti – spiega Francesco Benzi, Rambaudi -. Per noi è quella condizione per cui la frequenza di taglio è tale da avere un tempo di asportazione truciolo inferiore alla conducibilità termica del materiale. E nella frequenza di taglio bisogna anche considerare la sollecitazione meccanica alla quale è sottoposto il sistema. Negli ultimi quattro anni sono state inserite delle celle sismiche a bordo dell’elettromandrino con il risultato di avere una struttura della macchina ancora più complessa. Le variabili importanti sono dunque le sollecitazioni dinamiche alle quali l’utensile viene sottoposto e il limite di usura in funzione degli errori compiuti.”

Materiali e utensili

Per Vittorio Annoni, Seco Tools, la lavorazione a secco non è solo alta velocità ed elevato numero di giri, ma anche sgrossatura e finitura: “Dagli anni ’80 si è alla ricerca di rivestimenti che resistano a sollecitazioni e a temperature elevate. La tendenza è quella di lavorare leghe e superleghe oltre ai materiali temprati e lo sviluppo dei micrograni è stato vantaggioso per la lavorazione ad alta velocità. L’utilizzatore mira a finire il pezzo, per esempio uno stampo, direttamente in macchina senza ulteriori interventi di aggiustaggio.” Davide Pozzi, Seco Tools, precisa che l’insorgenza degli shock termici è più alto nelle macchine della generazione precedente, dove i flussi di refrigerante erano bassi: era più deleterio usare il lubrorefrigerante piuttosto che lavorare a secco. Qualità e rivestimento devono essere combinati con un’adeguata geometria del tagliente: “In questo tipo di lavorazione vengono applicate alcune metodologie particolari, quali la fresatura in concordanza, i soffi ad aria e la lubrorefrigerazione minimale. Si ricerca il parametro di taglio ideale in modo che il calore prodotto sia asportato dal truciolo e il pezzo mantenga la temperatura ambiente.” Marco Rizzi, Plansee Tizit, conferma come da anni si stiano sviluppando micrograni per la lavorazione a secco, soprattutto per l’alluminio. Sono stati fatti grandi passi avanti nell’aeronautica, in collaborazione con aziende costruttrici di macchine utensili. E la ricerca non si arresta anche perché il refrigerante inquina. Sull’acciaio si ha una tipologia di inserti per temperature elevate e alta velocità che vengono utilizzati in modo tradizionale. Nel settore dell’aeronautica, prosegue Sergio Pirovano, Plansee Tizit, l’inserto viene realizzato tenendo conto delle prestazioni che si vogliono ottenere dalla macchina e dell’applicazione specifica.