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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Cos’è la torneria automatica?

La torneria automatica permette di realizzare dei lavori di alta precisione affidandosi a tecniche e strumenti di ultima generazione. Oltre alla sola tornitura, possono essere eseguite lavorazioni complementari: tra le più importanti troviamo la fresatura, la foratura, la filettatura e la barenatura.

L’operazione di fresatura nella lavorazione dei metalli e delle minuterie metalliche

La fresatura permette di partire da un semilavorato ed ottenere un pezzo finito mediante uno specifico processo di lavorazione che prevede, di base, l’asportazione di materiale: la fresa ruota e il pezzo lavorato trasla. Ad una prima fase di sgrossatura segue una fase di finitura, la quale permette di affinare la lavorazione ottenendo tolleranze dimensionali più precise.

Nel settore delle minuterie metalliche può essere necessario creare o modificare dei fori e questo è possibile mediante le operazioni di foratura e di barenatura.

Perché sono molto importanti le operazioni di foratura e di barenatura nel settore delle minuterie metalliche

Le minuterie metalliche sono applicabili a qualsiasi settore industriale e in qualsiasi branca della meccanica di precisione. Sono particolarmente utilizzate per comporre sistemi meccanici più complessi e, per questo motivo, non è raro dover operare una lavorazione su piccole dimensioni, che ne rende critiche le peculiarità.

Nella torneria di precisione sono estremamente importanti le operazioni di foratura e di barenatura.

La foratura prevede l’asportazione di truciolo tramite un utensile che compie un moto di taglio rotatorio e che avanza in direzione dell’asse del moto di taglio. Questa operazione avviene in diversi momenti:

• la centratura, che consiste nell’individuare l’asse del foro;
• la foratura, l’esecuzione vera e propria del foro;
• l’allargatura, che permette di aumentare il diametro del foro, se necessario;
• l’alesatura, ovvero la rifinitura del foro.

Per operare la foratura sono disponibili diversi utensili. I più utilizzati riguardano le punte per fori da centro, le punte a forare dalla punta elicoidale e gli alesatori.

Le punte da centro sono utilizzate per effettuare un pre-foro di diametro inferiore rispetto alla quota finale, il quale permette il centraggio della punta. Le punte a forare possono essere con taglienti ad elica destra o sinistra. Ne esistono tipi diversi e coprono la lavorazione di diversi materiali: acciai da costruzione, ghise, materiali teneri o duri.

La barenatura, invece, permette di ottenere dei fori di dimensioni molto precise, tramite l’allargamento di diametri usando una punta non rotante le cui specifiche possono variare. L’elemento chiave è il bareno. Questa tecnica di lavorazione è utilizzata in situazioni critiche in cui il controllo del truciolo non è immediato ed è necessario usare degli utensili estremamente precisi ed affilati in modo da rendere possibile la corretta evacuazione del truciolo stesso.

Cosa utilizzare per ottenere prodotti di prestigio

I risultati ottenuti durante l’operazione di fresatura dipendono molto dalla scelta e dalla qualità degli utensili utilizzati per eseguire la lavorazione. Innanzitutto, è necessario ottimizzare tempi e modalità di lavorazione: si possono ottenere degli ottimi risultati impiegando degli adattatori modulari a cambio rapido che garantiscono adattabilità, stabilità, precisione e rapidità. Un set di questo tipo è utile quando si ha a che fare con produzioni miste, componenti di diverse dimensioni o lavorazioni di diverso tipo da effettuare in un lasso di tempo breve.

Può risultare molto utile dotarsi anche di un utensile antivibrante che renda minimo il rischio legato alle vibrazioni e che aumenti la produttività, la sicurezza di lavorazione e la qualità della finitura, dimezzando le tempistiche.

Per quanto riguarda, invece, il trattamento degli spallamenti e dei contorni precisi, è necessario dotarsi di asportatori che garantiscano un’estrema precisione e rispettino degli standard elevati di sicurezza: un valido esempio sono gli utensili integrali o a inserti intercambiabili. Questi garantiscono l’asportazione di volumi di truciolo molto importanti e possono essere utilizzati per lavorare qualsiasi materiale. Nel caso di profilatura tridimensionale, invece, si può ricorrere alla fresa a testa sferica o con inserti rotondi.

Per realizzare delle operazioni di smussatura bisogna scegliere degli utensili ad hoc che permettano di lavorare nel modo più giusto le diverse superfici, siano essi piccoli fori, bordi di varia grandezza interni o esterni oppure tagli a V.

Sia per operazioni di sgrossatura che di finitura, bisogna sempre prestare particolare attenzione all’utensile che si va ad utilizzare: sono da tenere sempre ben presenti la profondità e la velocità del taglio e le tolleranze dimensionali e di rugosità superficiale.

Gima Spa, l’alleato per tutti i tipi di fresatura e lavorazione meccanica

In un panorama così estremamente complesso bisogna affidarsi a dei professionisti delle lavorazioni meccaniche che valuteranno insieme al cliente l’iter di fresatura più giusto e che permetta di ottenere dei risultati definitivi. Gima Spa, grazie alla lunga esperienza nel settore, all’acquisizione di macchinari all’avanguardia – per esempio è una delle officine specializzate nell’utilizzo dei torni automatici CNC a fantina mobile – e all’aggiornamento del personale, è una garanzia nei principi di efficienza, rapidità e qualità.

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La durata degli utensili è un fattore molto importante per contenere i costi nella tornitura dei metalli. L’usura dell’utensile è influenzata da diversi fattori e si ripercuote sulla qualità dei particolari metallici lavorati. Di seguito alcuni consigli per tenerla sotto controllo.

Dati di taglio

Come prima cosa, è fondamentale controllare i principali parametri di taglio (velocità, avanzamento e profondità di passata), per ridurre il tempo di taglio, il numero di passate e il calore sviluppato:

fig. 1. Grafico Velocità di taglio

Lavorare a una velocità di taglio (fig.1) troppo bassa può portare una consistente riduzione della durata dei taglienti. Per questo motivo, è opportuno lavorare sempre alla massima velocità di taglio indicata dal produttore dell’utensile. Una velocità di taglio troppo bassa porta inoltre ad una scarsa finitura superficiale del pezzo, all’allungamento dei tempi ciclo e alla formazione del tagliente di riporto. Al contrario, un valore troppo alto comporta una rapida usura e deformazione dell’utensile.

fig. 2. Grafico Profondità di Passata

La profondità di passata (fig.2), se troppo bassa, porta ad un aumento di vibrazioni e di temperature. Al contrario, se elevata, comporta sollecitazioni maggiori, possibilità di rottura dell’inserto e stress della macchina utensile. Inoltre la profondità di passata deve essere sempre superiore al raggio di punta, al fine di minimizzare le sollecitazioni sull’inserto.

fig. 3. Grafico Velocità di avanzamento

È consigliabile inoltre effettuare un’entrata graduale nel pezzo, per limitare il rischio di rottura. La velocità di avanzamento (fig.3) può essere successivamente aumentata per migliorare la truciolabilità, caratteristica che verrà affrontata nel dettaglio di seguito.

Controllo del truciolo

La truciolabilità è l’attitudine di un materiale ad essere lavorato dalle macchine utensili per “asportazione di truciolo”. Materiali a truciolo “corto”, ovvero con un truciolo che si rompe spontaneamente, sono più facili da lavorare. Altri materiali con elevata resistenza meccanica possono formare trucioli più lunghi ed aggrovigliati che rendono più difficile la lavorazione.

Il distacco del truciolo può avvenire per:

• • rottura spontanea, caso preferibile;

• • rottura contro il pezzo, che porta ad una scarsa finitura superficiale;

• • rottura contro l’utensile, che può causare un’usura prematura dell’inserto.

Oltre al tipo di materiale da lavorare, i principali fattori che influenzano la truciolabilità sono:

• Velocità di avanzamento: come accennato in precedenza, l’avanzamento gioca un ruolo importante nel controllo del truciolo. Un avanzamento maggiore dà origine a trucioli più rigidi, favorendone la rottura spontanea.
• Velocità di taglio: anche la velocità di taglio, se aumentata, può favorire la truciolabilità.
• Geometria dell’inserto: gli inserti hanno una geometria studiata per controllare la rottura del truciolo.
• Raggio di punta e angolo di registrazione: un raggio di punta più piccolo favorisce un miglior distacco. L’angolo di registrazione, invece, consente di controllare il direzionamento del truciolo ed evitare che esso si rompa contro la superficie del pezzo.

Fluido refrigerante: quando utilizzarlo?

Le principali funzioni del fluido refrigerante sono il raffreddamento, l’evacuazione del truciolo e la lubrificazione tra pezzo e utensile. I benefici della lubrificazione nelle lavorazioni meccaniche di tornitura si hanno in applicazioni che richiedono elevata produttività, tolleranze particolari e finiture superficiali di alta qualità.

Per trarre vantaggio dall’utilizzo del fluido, tuttavia, bisogna fare attenzione a:

• regolare la giusta pressione del fluido necessaria per la rottura del truciolo;
• utilizzare utensili progettati per operare con fluido, preferibilmente con ugelli direzionati;
• regolare la portata in base alla superfice da irrorare.

Gli ultimi due fattori, in particolare, sono fondamentali per evitare shock termici e usura da micro-fessurazioni sul tagliente.

Controllare le vibrazioni

Le vibrazioni causano un usura prematura dell’inserto e una scarsa finitura superficiale. Questo problema può verificarsi specialmente nel caso di lavorazioni meccaniche interne come l’alesatura.

Le principali cause sono:

• Angolo di registrazione troppo basso;
• Raggio di punta dell’inserto troppo grande;
• Inserto di qualità/rivestimento non adatti;
• Velocità di taglio troppo elevata.

La tornitura Gima Spa: lavorazione acciaio, ottone, alluminio e altri materiali

In una torneria automatica ad elevata produttività, destinata alla produzione di minuterie metalliche, è importante ottimizzare i processi produttivi per garantire ai propri clienti alta qualità e basso costo dei particolari.

La Gima Spa produce sin dal 1960 minuterie metalliche tornite per ogni esigenza industriale, grazie ad una torneria costituita da un parco macchine di oltre 150 unità.

Oltre alla tornitura, nello stesso reparto si eseguono lavorazioni meccaniche di fresatura, rettifica, rullatura, zigrinatura, godronatura e brocciatura. Visita la pagina dedicata alle lavorazioni meccaniche in torneria per saperne di più!

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L’operazione di fresatura è una lavorazione meccanica che permette la realizzazione di un pezzo attraverso l’asportazione di truciolo dallo stesso. A differenza della tornitura, in cui i particolari ottenuti sono simmetrici rispetto a un asse di rotazione centrale, nella fresatura viene imposto un moto rotatorio a un utensile chiamato fresa che va ad agire su un pezzo in moto di avanzamento lineare.

Nella tornitura, inoltre, l’utensile che incide il pezzo in lavorazione è solamente uno, di forma cuneiforme e che si muove secondo un moto rettilineo. La fresa, invece, è dotata di una serie di “punte” chiamate taglienti che, con carichi intermittenti, vanno ad agire sul pezzo per asportarne il truciolo, e restituire così la forma richiesta dal pezzo.

È necessario adottare una serie di accorgimenti per ottenere buone fresature e affinché i taglienti della fresa si mantengano integri a lungo nel tempo. Andremo a elencare alcuni consigli di seguito.

Fresatura concorde e discorde: quale scegliere?

La fresatura concorde è quella in cui il moto di rotazione della fresa procede nella stessa direzione del moto di avanzamento lineare del pezzo; nella fresatura discorde, invece, avviene il contrario: pezzo e fresa procedono in direzione opposta. Dal punto di vista della buona conservazione dei taglienti è quasi sempre consigliabile la fresatura concorde, per una serie di motivi:

• la fresatura discorde prevede uno sfregamento sul pezzo più intenso da parte del tagliente che, dunque, si rovina maggiormente;
• la fresatura concorde favorisce il trasferimento di calore nel truciolo, proteggendo sia il pezzo che l’utensile;
• con questa tipologia di movimento è più difficile che i trucioli vengano rimacinati dalla fresa, in quanto vengono automaticamente “gettati” dietro di essa.

Sono pochi i casi in cui è preferibile adottare la fresatura discorde, ad esempio nelle lavorazioni pesanti, quando si ha a che fare con macchine vecchie e poco stabili, in quanto la fresatura concorde genera movimenti discendenti che a loro volta possono causare movimenti indesiderati del pezzo in lavorazione.

La fresatura concorde, inoltre, prevede che l’utensile entri nel pezzo allo spessore massimo del truciolo (spiegheremo meglio questo concetto nel paragrafo dedicato). Ciò significa che l’utensile è sottoposto a carichi meccanici elevati ed è importante assicurarsi che gli utensili utilizzati siano adatti a sostenerli (i materiali con cui  vengono realizzati i taglienti oggi – metallo duro, ceramiche ed acciai rapidi – sono realizzati con polveri apposite, studiate per resistere in maniera egregia alla compressione).

Quando applicare il fluido da taglio?

In questo caso è necessario distinguere fra operazioni di sgrossatura e di finitura del pezzo: durante l’operazione di sgrossatura, i taglienti subiscono variazioni di temperatura considerevoli e ciò, a lungo andare, provoca microfessure e un riduzione della loro durata. La regola generale è che, per evitare questo tipo di danni, le operazioni di sgrossatura devono essere sempre eseguite a secco, mentre quelle di finitura, in alcuni casi, possono essere coadiuvate dall’utilizzo di fluidi lubrificanti (questo perché durante queste lavorazioni i taglienti sono sottoposti a variazioni di temperatura meno ampie).

L’utilizzo di fluido da taglio è possibile ad esempio quando la finitura riguarda pezzi in acciaio inossidabile e alluminio, durante operazioni di fresatura di leghe resistenti al calore o di ghisa ed è consigliabile per eliminare dal pezzo polvere e particelle di metallo o per raffreddare il componente, a seconda della necessità.

Controllare la vibrazione dell’utensile

La fresa tangenziale è un tipo di fresa più rigida, in grado di attenuare le vibrazioni

La stabilità del tagliente è fondamentale per una conservazione idonea dello stesso nel tempo; per questo motivo è importante limitare quanto più possibile le vibrazioni dell’utensile nelle operazioni di fresatura, andando ad agire in particolare:

• sul portautensile, in modo tale che ad esempio l’assieme utensile sia il più corto e rigido possibile e che con piccole frese si utilizzi un adattatore conico (e che comunque questo sia del diametro più grande possibile);
• sul percorso dell’utensile: usando nella spianatura una profondità di taglio ridotta e un avanzamento elevato, con inserti rotondi o a 45°; programmando inoltre un ampio raggio del percorso per evitare le vibrazioni nei raccordi e aumentando l’avanzamento se lo spessore del truciolo si riduce troppo;
• sul bloccaggio del pezzo e sulla macchina utensile: è fondamentale assicurarsi del corretto serraggio del pezzo sulla tavola, sincerandosi anche del buono stato di conservazione del mandrino e della capacità della macchina di contenere le vibrazioni.

Ingresso e uscita della fresa dal pezzo

La durata del tagliente dipende in larga misura da come viene programmata l’entrata della fresa nel pezzo di lavorazione, soprattutto in caso di acciai o materiali molto duri: un ingresso graduale è sempre preferibile a uno diretto ed è molto importante stabilire la giusta strategia di avvicinamento, a seconda della lavorazione richiesta.

Per evitare usure precoci dei taglienti della fresa, è importante porre la giusta attenzione anche a come queste escono dal pezzo in lavorazione, non solo a come ci entrano: se l’uscita è improvvisa e non uniforme, ad esempio, il rischio è quello che i taglienti si scheggino o si spezzino.

Per evitare ciò, è necessario calibrare in maniera corretta il cosiddetto “angolo di uscita”, che è quello inscritto fra il raggio della fresa e il punto di uscita del tagliente (concetto opposto rispetto a quello di angolo di registrazione, che descrive quello fra il raggio della fresa e il tagliente in ingresso): angoli di uscita superiori o inferiori a +/- 30° permettono di mantenere l’integrità del tagliente più a lungo nel tempo.

Spessore del truciolo

Un altro fattore fondamentale da considerare per una fresatura efficace è lo spessore massimo del truciolo producibile da un tagliente. È infatti estremamente importante non sovraccaricare i taglienti con spessori di truciolo troppo alti, ma è sconsigliabile anche tenerli troppo bassi, se non si vuole perdere in produttività ed efficienza del tagliente.

Il valore ideale a cui mantenere lo spessore del truciolo è indicato dalla case produttrici degli utensili, ed è costituito dalla media numerica fra le dimensioni minime e quelle massime supportabili.

La fresatura Gima Spa

Gima Spa è un’azienda all’avanguardia per lavorazioni meccaniche di torneria, e in particolare per quelle che richiedono operazioni di fresatura. Per questo specifico tipo di lavorazione, infatti, Gima Spa dispone di dieci fresatrici transfer e cinque centri di lavoro fino a quattro assi, per un servizio di produzione minuterie metalliche davvero su misura e per ogni esigenza.

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Si ringrazia Macchine Utensili News per la fornitura delle informazioni rielaborate in questo articolo.

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