“Invece di una lamiera di acciaio, usiamo il carbonio”

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Simon Küppers
“La riduzione del peso è possibile però anche attraverso un monitoraggio del sistema, ossia il controllo dei componenti, perché solo in questo modo si riduce anche il coeffi-ciente di sicurezza in fase di progettazione”

La lavorazione razionale dei materiali compositi e dei composti rappresenta attualmente uno dei temi principali delle tecniche di produzione. “L’aumento di materiali compositi nella produzione, soprattutto di serie, risveglia il fabbisogno di nuove tecnologie, macchine e utensili”, sostiene l’Ing. Marco Schneider, capo reparto per le tecnologie delle strutture leggere, presso l’Istituto Fraunhofer per le Tecnologie di Produzione e l’Automazione (IPA), illustrando questa nuova tendenza. Nonostante la creazione semifinita di molti componenti in materiale composito, nella maggior parte dei casi risulta necessario attuare anche un’asportazione di materiale. “Il passaggio dal taglio di metalli a quello dei materiali compositi, CFK (plastica rinforzata con fibra di carbonio) o sandwich è possibile solo applicando particolari misure, a cominciare dalla macchina utensile, dalla tecnica di serraggio, dal concetto di raffreddamento e di lubrificazione, per passare poi agli utensili e all’aspirazione e finire con il controllo di qualità.” La vasta gamma di materiali compositi impone inoltre una serie di esigenze specifiche nei confronti degli utensili, delle macchine e dei parametri di processo.
Il Dott. Schneider vede  delle enormi opportunità nei materiali destinati alle strutture leggere, attualmente utilizzati nelle applicazioni in settori quali l’aerospaziale e l’automobilistico, ma estendibili a molti altri ambiti. Esistono però ancora due ostacoli all’ascesa di questi materiali: da un lato la necessità di sviluppare nuovi approcci, soprattutto per l’applicazione di materiali a base di fibre, dall’altro il ricorso necessario a tecniche di produzione e di lavorazione alternative. “Le aziende devono sviluppare le conoscenze e dotarsi dei macchinari necessari, investendo somme adeguate.” Schneider ammonisce però dal commettere l’errore di sostituire solamente il materiale, seguendo il motto “Invece di una lamiera di acciaio, usiamo il carbonio.” I materiali compositi possono trovare una corretta applicazione sotto forma di cellule, in grado di offrire tante nuove possibilità, nonché nuovi metodi di costruzione per altri prodotti, stimolando così l’innovazione, in termini di prodotto e di produzione.”
Parte da un altro punto di vista il dott. Simon Küppers, vice capo reparto presso l’Istituto per la lavorazione delle fibre tessili ITV Denkendorf. Küppers si occupa del settore “tecnologia dei mate-riali compositi a base di fibre, della tecnologia di assemblaggio e delle lavorazioni di su-perfici con rivestimento organico” da un punto di vista “tessile”. Per ridurre ulteriormen-te il peso, bisognerebbe integrare funzioni “intelligenti” non solo nel componente, bensì direttamente nel tessuto o addirittura nella fibra, consentendo inoltre ai sistemi a resina di assumere funzioni aggiuntive. “La riduzione del peso è possibile però anche attraverso un monitoraggio del sistema, ossia il controllo dei componenti, perché solo in questo modo si riduce anche il coefficiente di sicurezza in fase di progettazione”, sostiene il dott. Küppers. Un ulteriore approccio riguarderebbe la dislocazione delle fibre, commisurata al flusso di forza”. Le strutture bioniche e la fibratura imitano i processi naturali, renden-doli utili per la tecnologia. Le tecnologie di tessitura, d’intreccio e di preformatura rap-presentano ulteriori opportunità per alleggerire i componenti. “La tecnologia tessile è al centro dell’attenzione poiché offre già una serie di procedure economiche, in grado di soddisfare i requisiti richiesti dalla tecnologia dei materiali compositi a base di fibre”, afferma il dott. Küppers.

Migliorare la sicurezza dei processi

Mapal Mueller Hummel
Mapal Mueller Hummel

“La sfida principale insita nella lavorazione dei composti risiede in un taglio economico e sicuro, soprattutto quando si tratta di forare i cosiddetti materiali stack”, spiega il dott. Peter Müller-Hummel, direttore dell’ufficio commerciale Unit Aerospace & Composites della Mapal, Dr. Kress KG di Aalen. Finora i materiali compositi contenenti composti e metalli, come titanio o alluminio, hanno richiesto una procedura di foratura, a volte, anche in più passaggi. “In futuro, tali processi di foratura dovranno avvenire mediante un unico passaggio, senza però compromettere la qualità. Mentre finora il diametro del foro cambiava in base alla durata di vita del trapano, Mapal è oggi in grado di ottenere un diametro costante in tutti gli stack, applicando una tecnologia innovativa. Il dott. Müller-Hummel ci rivela che “In questo modo è possibile ottenere forature con un margine di tolleranza H8, applicando un indice della capacità produttiva CpK di oltre 1,4 e garantendo la stabilità di processo.” Tuttavia, ciò implica che anche l’ambiente intorno alla macchina soddisfi questo standard di qualità.  Le nuove tendenze parlano di utensili decisamente migliori e di maggior durata che consentano di ridurre il prezzo per ciascuna foratura. Un utensile simile, esposto allo stand della Mapal 5D32, in occasione della mostra speciale organizzata da PTW nel padiglione 5, è il Tritan-Drill per forature particolarmente complesse. Rispetto ai tradizionali trapani VHM (in metallo duro), il Tritan-Drill della Mapal promette di ottenere una lavorazione più affidabile e prestazioni decisamente migliori. Tre tagli e un taglio trasversale autocentrante e aggressivo permettono di ottenere al primo contatto con l’utensile, la massima precisione di posizione, particolarmente importante per forature difficili, come la perforazione o l’ingresso di forature trasversali. L’affilatura speciale è in grado di mantenere bassa la pressione e la temperatura di taglio, mentre l’assottigliamento espelle i trucioli senza creare attrito, attraverso tre scanalature.

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