Molte lavorazioni di tornitura hanno bisogno di un fluido refrigerante per massimizzare la produttività, migliorare l’affidabilità del processo ed ottimizzare le prestazioni dell’utensile e la qualità del particolare.

Oltre alla funzione di raffreddamento e lubrificazione, il fluido da taglio favorisce l’evacuazione del truciolo, che risulta fondamentale per ottimizzare la durata utensile e la qualità superficiale del pezzo, come abbiamo visto in questo articolo sull’ ottimizzazione del processo di tornitura.

Ad oggi, grazie ad utensili e lavorazioni sempre più specifici, sono disponibili molte opzioni per applicare il fluido refrigerante, in particolare è necessario scegliere

• Tipo di refrigerante
• Punto di applicazione
• Pressione del fluido

Tipo di fluido refrigerante

Nella torneria automatica, i fluidi più utilizzati sono:

• Emulsione acqua-olio al 5-10%
• Olio da taglio
• Aria compressa, utilizzata solo per favorire l’evacuazione del truciolo, ma insufficiente per il raffreddamento

Altre opzioni disponibili per casi più specifici sono:

• Mix aria-olio, ovvero una miscela di aria compressa e olio nebulizzato
• Refrigerante criogenico, ovvero un gas liquefatto per un raffreddamento estremo

I metodi più comuni possono essere applicati mediante gli appositi canali di lubrificazione disponibili nella macchina e negli utensili, mentre gli ultimi due sistemi richiedono attrezzature dedicate.

Punto di applicazione

Oltre alle uscite convenzionali di cui sono provvisti i centri di tornitura CNC, la maggior parte degli utensili sono dotati di uscite di precisione sopra e sotto l’inserto.
Possiamo quindi distinguere tre diversi modi di applicazione:

• Ugelli convenzionali: presentano solitamente un diametro di uscita più grande rispetto agli ugelli degli utensili e lavorano per inondazione della zona di taglio. Sono adatti a lavorare solo a bassa pressione
• Refrigerante sopra l’inserto: degli ugelli di precisione indirizzano il getto direttamente sulla zona di taglio tra inserto e truciolo, migliorandone il distacco e riducendo la temperatura dell’utensile. Può essere utilizzato ad alta pressione per migliorare ulteriormente la truciolabilità
• Refrigerante sotto l’inserto: il getto è indirizzato sul fianco dell’inserto, ovvero tra utensile e pezzo, per ridurre efficacemente la temperatura ed ottimizzare la durata utensile.
• Utensili rotanti con fori di lubrificazione: per operazioni critiche di foratura e fresatura, sono disponibili utensili forati per l’applicazione del fluido refrigerante nella zona di taglio (through-tool cooling)

Pressione del fluido

Quando si utilizzano dei getti ad alta pressione, è possibile sfruttare il fenomento del cuneo idraulico: il refrigerante ad alta pressione che va a fluire tra l’inserto e il truciolo genera una forza che contribuisce al distacco del truciolo.

Aumentare la pressione pertanto comporta questi effetti:

• Miglioramento della truciolabilità grazie alla rottura del truciolo in spezzoni più piccoli
• Allontanamento rapido del truciolo dal pezzo e dalla zona di taglio
• Raffreddamento efficace nella zona di contatto

Per materiali molto tenaci e difficili da lavorare, come gli acciai fortemente legati, leghe inox e duplex, è possibile utilizzare utensili con ugelli di precisione e lavorare a pressioni fino a 150-200 bar.

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Con tempo ciclo si intende il tempo necessario per la produzione di un particolare. La velocità con la quale vengono prodotti particolari torniti è uno dei parametri più importanti che si riflette sul costo finale degli stessi. Pertanto, nella torneria automatica, fondamentale è la velocità dei macchinari usati, che essi siano centri di tornitura e fresatura, torni plurimandrino o macchine transfer.

Ogni frazione di secondo è importante

Una torneria come la Gima S.p.A. lavora con elevati volumi di produzione, producendo ogni anno lotti che vanno da poche migliaia di pezzi fino a oltre un milione di pezzi. Una piccola riduzione del tempo ciclo pertanto, moltiplicata per il grande quantitativo di particolari, può comportare sul lungo periodo grandi vantaggi.

Definire la sequenza delle operazioni di tornitura

Quando viene prodotto un nuovo componente tornito, come ad esempio alberi per elettrodomestici o minuteria metallica per meccanica ed idraulica, è importante tenere sotto controllo il tempo ciclo per una durata tale da avere una stima rappresentativa e che tenga conto delle variazioni che avvengono nella realtà.

Ogni fase della produzione è importante per raggiungere il tempo ciclo ottimale. Definire la sequenza delle operazioni di tornitura significa anche stilare una lista degli utensili, definire il set-up ovvero l’attrezzaggio della macchina, definire il programma CNC e prevedere una fase di ottimizzazione dello stesso.

Mascheramento del tempo ciclo

Per minimizzare il tempo di produzione, è fondamentale che le operazioni della macchina siano eseguite con il massimo grado di contemporaneità possibile. Questo principio, detto mascheramento del tempo ciclo, fa sì che solo le operazioni che necessitano di essere eseguite in sequenza contribuiscano all’incremento del tempo ciclo. Diversamente, le operazioni effettuate in parallelo vengono “mascherate”.

La scelta della macchina CNC

Questo aspetto risulta fondamentale nella scelta della macchina più adatta per la produzione di un dato particolare: il numero di mandrini, di assi, di utensili motorizzati e non, incidono sulla capacità della macchina di eseguire operazioni in parallelo. I torni plurimandrino e le macchine transfer consentono di ottimizzare il tempo ciclo proprio grazie al principio del mascheramento.

La scelta degli utensili

Il tempo di lavorazione effettivo, ovvero il tempo nel quale l’utensile entra in contatto con il pezzo, può essere ottimizzato attraverso la scelta degli utensili più appropriati per ogni specifica lavorazione.

Nella fase di scelta dell’utensile è fondamentale tener conto di:

• Materiale da lavorare
• Qualità e rivestimento superficiale dell’utensile
• Rigidità del porta utensile
• Numero di denti (nel caso di frese)
• Tipo di filettatura (per asportazione o a rullare)
• Refrigerante da utilizzare

Set-up degli utensili

L’installazione degli utensili nella macchina va sempre effettuata tenendo in considerazione:

• Geometria degli utensili
• Direzione di taglio
• Sequenza di utilizzo di ogni utensile

Nel caso di torrette multi utensile, è importante mantenere tutti gli utensili allineati tra loro, per evitare inutili spostamenti degli assi. Inoltre, per evitare inversioni del senso di rotazione del mandrino, gli utensili vanno montati tutti nella stessa direzione di taglio.

Per evitare inutili movimenti avanti-indietro degli assi, è consigliabile installare gli utensili rispettando la sequenza con quale vengono richiamati nel programma. Evitare inoltre di lasciare dei porta utensile vuoti, occupando, quando possibile, stazioni consecutive della torretta.

L’importanza dell’intero ciclo produttivo

La fase di lavorazione della macchina è la prima indagata quando si tratta di ottimizzare il tempo ciclo. Ovviamente però, va prestata attenzione anche a tutte le operazioni complementari.

Particolare attenzione va rivolta alla fase di alimentazione delle barre di materia prima. In alcuni casi può essere opportuno lavorare con bussola guida, in altri senza.

La materia prima inoltre riveste in ruolo importante, sia per quanto riguarda la qualità del materiale da lavorare (acciaio, inox, ottone, alluminio o altre leghe), sia per la geometria. In alcuni casi scegliere un diverso profilo di partenza può essere vantaggioso.

Tecnologia ed esperienza

Ad oggi, i produttori di centri di tornitura offrono moltissime soluzioni dedicate a lavorazioni di taglio, fresatura, foratura, filettatura, rullatura che consentono di ottimizzare i tempi ciclo.

La Gima S.p.A. è un’azienda altamente specializzata nella torneria automatica. Rimanendo sempre al passo coi tempi, riesce a garantire elevati standard qualitativi per grandi volumi di produzione per vari settori come alberi per lavatrici, componenti per serrature, minuteria metallica, strumenti musicali ecc.

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Tornio a due mandrini

In linea con le più avanzate tecnologie del momento, sono molti i modelli di tornio a due mandrini. Prima di acquistare il tornio che fa al caso delle vostre produzioni, bisogna dedicare un attimo del vostro tempo allo studio ed alla comprensione delle differenze, spesso sottili, tra i vari tipi di torni presenti sul mercato. Contro-mandrino, mandrino doppio, mandrino principale e mandrino secondario sono tutti termini utilizzati per descrivere l’architettura del mandrino all’interno di una macchina. I produttori useranno questo termine per parlare di macchine diverse tra di loro e a seconda della configurazione del componente.

Mandrino principale. Questo è il mandrino principalmente utilizzato dal tornio durante il lavoro.

Mandrino secondario. Talvolta chiamato anche mandrino posteriore, è posizionato frontalmente al mandrino principale e può essere identico o di grandezza inferiore al mandrino principale.

Contro-mandrino. Il termine contro-mandrino serve ad indicare che il mandrino di destra è inferiore al mandrino di sinistra. L’inferiorità si presenta sotto forma di potenza minore, dimensioni ridotte e massimo diametro lavorabile ridotto. In un macchinario di questo tipo, i due mandrini, posizionati uno di fronte all’altro, lavorano contemporaneamente e ciò consente alla macchina di continuare la sua elaborazione senza interruzioni.

Twin-spindle. In una configurazione a doppio mandrino su un tornio a controllo numerico, entrambi i mandrini solitamente sono identici per specifiche e capacità.

Doppio mandrino.I torni a doppio mandrino hanno un mandrino principale ed un mandrino secondario, identici per dimensioni e per diametro lavorabile, ma possono avere diversa potenza.

Due mandrini. Ci sono diversi tipi di macchine a due mandrini. Nel primo tipo, i mandrini sono posizionati uno di fronte all’altro, mentre nel secondo tipo sono posizionati diversamente e richiede un sistema di caricamento manuale.

Come funziona il lavoro dei due mandrini

La produttività, il costo dei particolari e la qualità possono essere influenzati positivamente dall’aggiunta di un centro di tornitura con un secondo mandrino al parco macchine dello stabilimento.

Operazione di tornitura a due mandrini

Queste macchine possono produrre un componente finito lavorato su entrambe le facce, utilizzando le funzioni secondarie, come foratura e maschiatura, sia assialmente che radialmente. In questo modo, è possibile mascherare alcune lavorazioni con altre al fine di ridurre il tempo ciclo. La possibilità di lavorare sul lato posteriore della parte è possibile grazie al controllo che si ha sul mandrino secondario. Il mandrino secondario può essere programmato per avvicinarsi alla parte e rimuoverlo dal mandrino principale, permettendo la lavorazione sul lato posteriore.

Anche per quanto riguarda consistenza e qualità si assiste ad un miglioramento evitando di lavorare più e più volte il pezzo. Sebbene il costo di lavorare del pezzo non possa essere drasticamente ridotto, il processo di lavorazione diventa molto più controllato e di migliore qualità, elevando il suo valore per il cliente. Per migliorare ulteriormente la produttività, queste macchine possono essere combinate con parti robotizzate di alimentazione ed estrazione, oppure con caricatori automatici per grandi lotti di produzione.

Programmazione

L’aggiunta di un secondo mandrino aumenta la complessità della programmazione, per la quale è necessario prestare particolare attenzione. La rotazione del secondo mandrino e la direzione del percorso utensile sono invertiti, di conseguenza l’asse Z è programmato in numeri positivi, anziché in negativo partendo da zero. Inoltre, diversi sono i codici che comandano l’apertura, la rotazione, lo stop e la direzione del secondo mandrino. La maggior parte di produttori prevede un codice G speciale che inverte o riflette il programma completo in modo che un programmatore non debba preoccuparsi della programmazione del mandrino secondario, evitando confusione per l’utilizzo di diversi codici e valori numerici di posizionamento.

Torni a torretta multipla

L’aggiunta di torrette porta utensili consente una lavorazione più flessibile. Maggiore è il numero degli utensili e delle opzioni integrati maggiore è la varietà delle parti che possono essere prodotte a basso costo. I macchinari più di successo sono quelli a torretta multipla, grazie ai benefici dati dalle macchine a due mandrini e dai torni a torrette multiple, nonché alla migliore qualità dei prodotti ottenuta grazie alla tecnica di produzione all’avanguardia. Macchinari di questo tipo con più mandrini presenti al loro interno permettono di ottenere un risparmio sui costi ed un netto vantaggio competitivo sotto ogni punto di vista.

La qualità e l’affidabilità della torneria automatica di Gima Spa

Gima Spa, officina meccanica di precisione dall’esperienza pluriennale, è specializzata nel campo della torneria automatica e si occupa di tutte le operazioni di lavorazione dei materiali, utilizzando torni a fantina mobile, a doppio mandrino, plurimandrini e controlli numerici a torrette multiple, in modo da rispondere coerentemente alle richieste dei clienti e delle nuove tecnologie applicate alla meccanica di precisione.

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