Aspetti pratici delle lavorazioni criogeniche

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Esempio di portautensile speciale per tornitura criogenica [MUSP- Sandvik]
Esempio di portautensile speciale per tornitura criogenica [MUSP- Sandvik]

L’adozione della soluzione criogenica per la produzione può essere affrontata attraverso l’ingegnerizzazione di centri di lavoro innovativi, progettati fin dal principio per il cryo-machining, oppure implementando soluzioni di riconversione di sistemi tradizionali.
Come è logico, nel primo caso, la macchina offrirà soluzioni ad hoc per l’ottimizzazione del processo in termini di costi, durata temporale e portata di fluido refrigerante, tuttavia nel secondo caso si otterrà maggiore flessibilità produttiva nonché, ovviamente, di minori costi di realizzazione. In ogni caso l’efficienza del sistema sarà fortemente condizionata dalla capacità di addurre l’azoto in forma liquida in maniera estremamente localizzata presso la zona di taglio, ovvero all’interfaccia tra utensile e truciolo, evitando perdite di carico o trafilamenti, evaporazioni intermedie ed effetti di indurimento del pezzo a causa di un flusso non ben indirizzato.

A livello operativo, è possibile implementare il raffreddamento criogenico con maggiore semplicità nei processi di tornitura, ciò è legato al fatto che in tornitura l’utensile presenta il solo moto di avanzamento lineare. Per questo motivo la grande maggioranza dei test di laboratorio presenti in letteratura sono effettuati con questa tecnologia adottando portautensili specificamente progettati. Tuttavia, dal punto di vista commerciale la tornitura di materiali di difficile lavorabilità, rappresenta una percentuale minore rispetto alla fresatura. In tal senso si tenga presente che la maggior parte della produzione mondiale di leghe di titanio (soprattutto Ti6Al4V) viene impiegata per la realizzazione di componenti per il settore aerospaziale e sistematicamente, per la realizzazione di tali parti, si evitano grezzi forgiati di geometria analoga al pezzo finito ma si lavora dal pieno con parti grezze prismatiche dalle quali devono essere rimosse rapidamente grandi quantità di sovrametallo con passate di fresatura di sgrossatura. In tal senso la prospettiva di incrementare sensibilmente i tassi di asportazione e al contempo di ridurre, se non eliminare totalmente, il massiccio utilizzo di oli da taglio rappresenta un fortissimo incentivo alla sperimentazione e alla ricerca industriale verso le tecnologie criogeniche per la fresatura.

Nei centri di fresatura, tuttavia, la complessità legata al sistema di adduzione dell’azoto liquido presso la zona di taglio rappresenta una sfida assai più complessa di quanto avvenga per la fresatura in quanto l’utensile è rotante. Esistono due possibili approcci al problema.

La prima possibilità consiste nella realizzazione di mandrini ad hoc per l’adduzione interna del fluido criogenico, in grado di essere attraversati internamente dal flusso consegnando così il fluido direttamente all’utensile. Tale soluzione è già adottata in alcuni casi commerciali, aumenta la compattezza e la snellezza del centro di lavoro, tuttavia, se non realizzato a regola d’arte, pone seri rischi dal punto di vista dell’affidabilità (il mandrino è probabilmente il componente più delicato della macchina) e impone una radicale (e decisamente costosa) modifica strutturale che potrebbe limitare il range di utilizzo della macchina sia essa progettata a partire da un foglio bianco o sia una macchina già operativa che dovrà essere riconvertita al cryo-machining principalmente attraverso la sostituzione del mandrino.

La seconda opzione, invece, è meno radicale, meno efficiente dal punto di vista della snellezza strutturale e degli ingombri ma più semplice nella realizzazione nonché più flessibile nell’utilizzo. Il fluido criogenico viene intercettato solo a valle del mandrino ed attraverso, ad esempio, una specifica attrezzatura rotante coibentata viene convogliato all’interno dell’utensile per l’adduzione localizzata alla zona di taglio dell’azoto in forma liquida. Questa seconda soluzione è altamente adattabile a diverse macchine già operative con costi decisamente più limitati rispetto alla radicale sostituzione del mandrino, inoltre può non rappresentare una scelta definitiva lasciando alla macchina anche le funzionalità di raffreddamento tradizionale ed eventualmente può essere utilizzata nella valutazione dell’efficacia della soluzione criogenica per specifici casi. Proprio per questi mottivi, soprattutto in ambito di ricerca e sviluppo, rappresenta la scelta primaria.

Leggi l’articolo completo sul numero di Macchine Utensili a pag.124, clicca qui

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