Una soluzione improbabile ma potente

Jan 23, 2024

Una delle prime lezioni che ogni macchinista impara è che scintille e fiamme nell'area di lavorazione sono dannose, ad esempio premere il grande pulsante rosso e correre verso l'estintore è dannoso. E sebbene questo sia generalmente un buon consiglio, ci sono situazioni in cui un flusso di trucioli roventi che fuoriescono dal pezzo non solo è preferibile, ma è un prerequisito per una lavorazione produttiva. Benvenuti nel mondo degli utensili da taglio per ceramica.

Una di queste storie di successo del tipo "più caldo è meglio" viene da Greenleaf Corp., Saegertown, Pennsylvania, dove un cliente, secondo quanto riferito, ha ridotto il tempo ciclo di un incredibile 97% durante la fresatura di un blocco di Inconel 625. "In precedenza, erano necessarie tre punte in metallo duro integrale frese e più di 90 minuti per lavorare il pezzo", ha affermato Martin Dillaman, responsabile dell'ingegneria delle applicazioni per Greenleaf. "Dopo essere passati alla nostra fresa in ceramica solida XSYTIN-360, ci sono voluti solo tre minuti."

Gli utensili da taglio in ceramica non sono una novità. Come ha spiegato E. Dow Whitney dell'Università della Florida nel libro "Comprehensive Hard Materials", le prime ceramiche iniziarono ad apparire all'inizio degli anni '30, quando i macchinisti le usarono per trasformare la ghisa grigia. Tuttavia, a causa del “difficile processo di produzione della ceramica combinato con macchine utensili inadatte e mancanza di esperienza”, ci sarebbero voluti altri quattro decenni di lavoro di sviluppo prima che questi utensili da taglio avanzati iniziassero a vedere un uso limitato nelle applicazioni di tornitura dura.

Da allora, l'uso degli utensili da taglio per ceramica è cresciuto e per molte officine sono diventati la soluzione di riferimento sia per la tornitura che per la fresatura. Ghise, acciai temprati e, come ha sottolineato Dillaman, Inconel, Hastelloy e altre superleghe resistenti al calore (HRSA) sono tutti un gioco leale per gli utensili da taglio in ceramica. E sebbene la maggior parte non fornisca la riduzione del 97% del tempo ciclo citata in precedenza, molti si avvicinano, con velocità di asportazione del metallo di gran lunga superiori a quelle dei loro equivalenti in metallo duro integrale.

Con incrementi di produttività come questi, sorge spontanea la domanda: perché gli utensili da taglio in ceramica non sono più apprezzati dalle officine meccaniche? La risposta, secondo Dillaman e gli altri esperti intervistati per questo articolo, è che a) gli utensili da taglio in ceramica sono limitati principalmente ai metalli tenaci, duri o abrasivi appena elencati, b) richiedono l'uso di macchine utensili e attrezzature molto rigide , e c) richiedono velocità di taglio e avanzamenti molto elevati, parametri applicativi che alcune macchine utensili non sono in grado di raggiungere.

È quest'ultimo punto che Greenleaf ha affrontato di recente con la sua linea di frese in ceramica solida XSYTIN-360, che, come ha osservato Dillaman, può essere applicata a velocità di taglio inferiori dal 20 al 25% rispetto a quelle necessarie con la ceramica tradizionale. "Grazie alla sua capacità di controllare meglio il calore, non è necessario avere una temperatura così elevata come faresti con un ossido di alluminio o una ceramica rinforzata con baffi", ha affermato. "Per qualcuno che fresa con una fresa dal diametro di 3/8 o 5/16" [9,53 o 7,94 mm], significa lavorare a 20.000 contro 25.000 giri al minuto o più. Le velocità del mandrino inferiori possono fare una grande differenza di prezzo per chi cerca una nuova attrezzatura."

Mandrino veloce o no, Dillaman ha suggerito che qualsiasi tornio CNC o centro di lavoro dotato di utensili da taglio per ceramica dovrebbe essere rigido e ben mantenuto, così come il suo supporto pezzo. Qualsiasi vibrazione avrà un effetto negativo sugli inserti ceramici o sugli utensili solidi, quindi il successo spesso dipende dall'evitare apparecchiature più vecchie, dove i cuscinetti del mandrino e le superfici delle guide possono avere "gioco appena sufficiente" per creare problemi con la durata dell'utensile e guasti imprevisti.

"Quando si applicano velocità e avanzamenti più elevati associati alla ceramica, si evidenziano sicuramente eventuali difetti nel sistema meccanico", ha affermato. "In effetti, spesso vediamo notevoli differenze di prestazioni da una macchina all'altra, anche se utilizziamo esattamente gli stessi parametri e le macchine stesse sono per il resto identiche."

Anche Luke Pollock, product manager presso Walter USA LLC, Waukesha, Wisconsin, ha alcune qualità relativamente nuove nella sua gamma di ceramiche. Tra queste vi sono le frese MC275 e MC075 Prototyp, entrambe disponibili in configurazione a testa saldobrasata o modulare “ConeFit”, ed entrambe progettate per la sgrossatura di superleghe a base nichel. Sia che si utilizzino le frese Walter o un marchio concorrente, tuttavia, Pollock suggerisce che ciò che è più necessario è un cambiamento di mentalità. "A seconda della lega, potresti correre a velocità di taglio comprese tra 3.000 e 4.000 piedi al minuto, e lo farai senza refrigerante", ha detto. "Ciò significa che avrai questa grande palla di fuoco all'interno della macchina; se è la prima volta che la vedi, probabilmente starai lottando per il pulsante di arresto. E invece di ottenere 45 minuti da una fresa, potresti aver bisogno di sostituirlo dopo 10 minuti o anche meno, durante i quali si consumerà forse 0,02" [0,51 mm] o più sul diametro. È semplicemente un'esperienza completamente diversa rispetto alla lavorazione con metallo duro."