La Potenza Sonora nelle Fresatrici: Comprensione, Misurazione e Riduzione

Come fornitore di fresatrici verticali, sappiamo in prima persona quanto possa essere fastidioso e potenzialmente dannoso il rumore eccessivo. Non solo crea un ambiente di lavoro scomodo, ma può anche diminuire la produttività e portare a problemi di salute per i dipendenti. Uno dei principali problemi sui luoghi di lavoro è infatti l’inquinamento acustico causato dai rumori emanati dalle apparecchiature e dalle macchine utilizzate per lavorare.

La valutazione del rischio legato al rumore in ambito lavorativo è una responsabilità fondamentale del datore di lavoro, come stabilito dall’art. 190 del D.Lgs. 81/08. L’obiettivo principale di questa valutazione è identificare i lavoratori esposti a livelli di rumore potenzialmente dannosi e adottare le misure preventive necessarie per tutelare la loro salute e sicurezza. Prima di passare alle soluzioni pratiche per la riduzione del rumore, è importante capire da dove proviene il rumore e quali sono i concetti fondamentali per misurarlo.

Origini del Rumore nelle Fresatrici

Il rumore prodotto da una fresatrice ha diverse cause principali che contribuiscono al livello sonoro complessivo. Le più rilevanti sono:

• Processo di taglio: L'interazione tra l'utensile da taglio e il pezzo in lavorazione genera molto rumore a causa della forza esercitata e del materiale rimosso.
• Vibrazione: Eventuali vibrazioni nella macchina, dovute a componenti allentati, disallineamenti o usura, possono amplificare il rumore generato e propagarlo nell'ambiente.

Concetti Acustici Fondamentali: Potenza, Pressione e Intensità Sonora

Per misurare e definire il rumore (o il suono), vengono utilizzati tre concetti fondamentali: la pressione sonora, la potenza sonora e l’intensità sonora. Comprendere la differenza tra questi è cruciale per una corretta analisi acustica.

Cos'è la Potenza Sonora?

La potenza sonora è l’energia acustica per unità di tempo emessa da una sorgente. L’unità di misura è il Watt (W). La potenza sonora si configura come il parametro più efficace per descrivere la capacità di qualsiasi sorgente sonora di produrre rumore, indipendentemente dal contesto ambientale. Essa costituisce un indicatore oggettivo della rumorosità di una macchina o di qualsiasi altra fonte sonora.

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La potenza sonora è indipendente dall’ambiente acustico in cui viene posizionata. Per questo, è un descrittore univoco della sorgente utile ad esempio per confrontare delle macchine dal punto di vista acustico oppure per essere utilizzata come dato di ingresso in un software di calcolo della propagazione ambientale del rumore (come SoundPLAN).

L’analogia Termico-Acustica può aiutare a comprenderne il concetto: come un radiatore di calore determina una certa temperatura in un ambiente, così una sorgente sonora determina una certa pressione sonora nei vari punti dell’ambiente, sebbene cambi il modo in cui l’energia viene diffusa.

Livello di Potenza Sonora

La potenza sonora può essere espressa anche in termini di livello. Si parla in questo caso di livello di potenza sonora LW:

LW = 10 log (W/W0) dB

dove W0 è la potenza sonora di riferimento = 10^-12[W] corrispondente all’intensità di riferimento su 1 m.

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Cos'è la Pressione Sonora?

La pressione sonora è il risultato delle sorgenti sonore presenti in un ambiente combinato con le caratteristiche acustiche di detto ambiente ed è misurata in unità di Pascal (Pa). Questo parametro rappresenta uno dei più accessibili da misurare e riveste una notevole importanza poiché l’orecchio umano è sensibile alla pressione sonora. Le misurazioni di questa grandezza sono fondamentali per valutare gli effetti del rumore sull’essere umano compresi aspetti come la percezione del suono, il disagio provocato e il rischio di danni all’udito.

Livello di Pressione Sonora

Il livello di pressione sonora è una grandezza che misura la variazione della pressione dell’aria rispetto al suo valore di quiete. Poiché il suono è un fenomeno oscillatorio, dobbiamo quantificare la pressione sonora in termini che riflettano l’ampiezza delle sue fluttuazioni sia in direzione positiva che negativa, seguendo un modello sinusoidale. In sostanza, il livello di pressione sonora riflette quanto il suono varia rispetto al livello di quiete dell’aria circostante.

Per misurare il livello di pressione sonora (indicato comunemente con Lp) utilizziamo una formula che esprime questa grandezza in decibel (dB):

Lp = 10 log (p/p0)² = 20 log (p/p0) (dB)

• dove: p rappresenta la pressione sonora misurata in Pascal (Pa);
• p0 è la pressione sonora di riferimento che ha un valore di 2·10^-5 Pa.

Questa formula ci permette di esprimere il livello di pressione sonora in termini logaritmici, rendendo più agevole la rappresentazione di un’ampia gamma di valori.

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Range e Frequenza dei Livelli di Pressione Sonora

Il livello di pressione sonora può variare notevolmente, coprendo un’ampia gamma di valori da 0 dB a 140 dB. Ecco alcuni punti chiave da considerare:

• 0 dB: è il punto di partenza, la soglia di udibilità e corrisponde alla pressione sonora più debole che l’orecchio umano può percepire;
• 140 dB: è il limite superiore, la soglia del dolore. Rappresenta livelli di pressione sonora così elevati da causare danni all’udito e disagio fisico.

L’orecchio umano è in grado di percepire una vasta gamma di frequenze sonore, compresa tra 20 e 20.000 Hertz. L’Hertz, indicato con il simbolo Hz, rappresenta l’unità di misura della frequenza e corrisponde a una singola oscillazione dell’onda sonora in un secondo. La capacità dell’orecchio umano di percepire queste frequenze è fondamentale per la nostra esperienza sonora.

Cos'è l'Intensità Sonora?

L’intensità sonora descrive il flusso di energia acustica e viene misurata in Watt/m². Per poter essere misurata direttamente richiede tecniche speciali.

L’intensità sonora è definita dalla formula:

I = p · v

• dove: p è la pressione acustica;
• v è la velocità delle particelle.

Per misurare il livello di intensità sonora (indicato comunemente con LI) utilizziamo una formula che esprime questa grandezza in decibel (dB):

LI = 10 log10 (I/I0) · dB

La Relazione tra Potenza e Pressione Sonora

Quello che percepiamo come suono è in realtà una variazione di pressione sonora, la quale è generata dalla potenza sonora emessa dalla sorgente. Una sorgente sonora emette una potenza sonora che si trasforma in variazione di pressione sonora nel mezzo di propagazione. Dunque, la potenza sonora è la causa e la pressione sonora è l’effetto.

Misurazione della Potenza Sonora e Normative

Per calcolare il valore di potenza sonora emessa da una macchina è necessario effettuare misurazioni di pressione sonora o intensità sonora. Tutte queste procedure sono rigorosamente descritte da norme tecniche specifiche. Sostanzialmente, il metodo di misura della potenza sonora da misure di livello di pressione acustica funziona solo in condizioni limitate, dove il campo è prevalentemente libero, non ci sono quindi riflessioni importanti che aumentano il livello della pressione acustica e possono portare ad una sovrastima del livello di potenza sonora.

La normativa ISO374x è il riferimento di procedura per la determinazione della potenza sonora da misure di pressione sonora, con le varie versioni a seconda delle misure in camera riverberante o semianecoica e del grado di accuratezza. Per quanto riguarda le norme tecniche di prova della potenza sonora da misure di intensità sonora il riferimento è la ISO9614 parte 1 e 2 a per punti fissi o con misure a scansione. Ad esempio, la UNI EN ISO 3744 è una di queste norme.

Nello specifico, il comma 5-bis dell’art. 190 del D.Lgs. 81/08 stabilisce che l’emissione sonora prodotta da attrezzature di lavoro, macchine e impianti può essere stimata in fase preventiva facendo riferimento alla banca dati rumore. Per stimare in fase preventiva l’emissione sonora delle attrezzature di lavoro per i casi nei quali risulti impossibile disporre di valori misurati sul campo, è possibile utilizzare banche dati specifiche.

Inoltre, software dedicati possono permettere di redigere con l’uso delle schede di emissione sonora di macchine e in maniera semplice ed intuitiva il rapporto di valutazione dell’esposizione al rumore dei lavoratori in fase preventiva; per ciascuna macchina o attrezzatura viene determinata la potenza sonora e vengono misurati i livelli di pressione sonora con tutti i parametri necessari per eseguire una corretta valutazione preventiva del rischio. Per quanto riguarda la determinazione della potenza sonora, alcune aziende specializzate organizzano corsi itineranti di presentazione della strumentazione, con presentazione dell’utilizzo pratico e dimostrazione dell'efficacia dei metodi anche in presenza di sorgenti esterne.

Condizioni Generali per le Misurazioni Acustiche

Le misurazioni per la determinazione della potenza sonora richiedono condizioni specifiche per garantire accuratezza e ripetibilità. Generalmente, il tempo di osservazione è di almeno 15 secondi, estendibile a 30 secondi per alcune prove. Durante queste procedure, è essenziale che la macchina sia in posizione stazionaria e che tutte le norme di sicurezza siano scrupolosamente osservate.

È previsto che le misurazioni siano svolte su ogni combinazione possibile di motori e/o aggregati. L'apparecchio in prova deve essere connesso a un supporto rigido e acusticamente stabile, simulando le condizioni di normale esercizio. Ad esempio, può essere usato un insieme di 12 microfoni disposti su una superficie di misurazione emisferica, o su una superficie cubica, per acquisire i dati necessari.

I requisiti specifici per le attrezzature variano, ma l'obiettivo è sempre ottenere dati affidabili per la valutazione del rumore e dei dati acustici. La rumorosità complessiva di una macchina può essere influenzata anche da componenti accessori; per questo, se una macchina è dotata di una o più ventole, queste devono essere in funzione durante la prova, talvolta a velocità zero e in una seconda prova con la ventola a velocità massima. È fondamentale ottenere i valori massimi rilevanti di emissione sonora.

Strategie Pratiche per la Riduzione del Rumore nelle Fresatrici

Ridurre il livello di rumore di una fresatrice verticale non è solo vantaggioso per l’ambiente di lavoro ma anche per la longevità e le prestazioni della macchina. Esistono diverse strategie che possono essere adottate per raggiungere questo obiettivo.

1. Ottimizzazione degli Utensili e Parametri di Taglio

• Scelta degli utensili: L'utilizzo di utensili da taglio di alta qualità, affilati e adeguatamente dimensionati per il lavoro da svolgere, può ridurre significativamente il rumore. Strumenti non affilati o inappropriati possono causare maggiori attriti e vibrazioni, con conseguente funzionamento più rumoroso.
• Regolazione dei parametri: La regolazione fine della velocità di taglio, della velocità di avanzamento e della profondità di taglio può fare una grande differenza. Il taglio a velocità o avanzamento troppo elevati può causare rumore eccessivo e usura dell’utensile.
• Utilizzo del liquido refrigerante: L'applicazione di refrigerante durante il processo di taglio aiuta a ridurre l'attrito e il calore, che a loro volta possono ridurre i livelli di rumore.

2. Manutenzione e Allineamento della Macchina

• Lubrificazione: Una corretta lubrificazione delle parti mobili è essenziale per ridurre l’attrito e il rumore nella macchina.
• Controllo dei componenti: Con il passare del tempo, le vibrazioni della macchina possono causare l’allentamento di bulloni e altri componenti. Stringere i componenti allentati è un passo fondamentale per prevenire rumori anomali.
• Allineamento: Il disallineamento dei componenti della macchina può portare a tagli irregolari e aumento delle vibrazioni, con conseguente aumento del rumore. È cruciale allineare la macchina regolarmente.

3. Isolamento e Smorzamento delle Vibrazioni

• Cuscinetti antivibranti: Posizionare dei cuscinetti antivibranti sotto la macchina può aiutare ad assorbire e smorzare le vibrazioni, riducendo il rumore trasmesso al pavimento e all’ambiente circostante.
• Involucro acustico: Per una riduzione del rumore più significativa, prendi in considerazione la costruzione di una cabina insonorizzata personalizzata attorno alla fresatrice.

4. Aggiornamento dei Componenti

• Motore silenzioso: Se il motore della tua macchina è una delle principali fonti di rumore, potresti prendere in considerazione l’idea di passare a un motore più moderno e silenzioso.
• Sistema di azionamento: Anche l’aggiornamento del sistema di trasmissione, ad esempio l’utilizzo di una trasmissione a cinghia o a ingranaggi più efficiente e più silenziosa, può aiutare a ridurre il rumore.

La Fresatrice: Funzionamento, Potenza e Implicazioni Acustiche

La fresatrice è un elettroutensile spesso guardato con sospetto dai dilettanti, mentre costituisce una risorsa fondamentale per i professionisti, che ne possiedono più di un modello per effettuare appieno le diverse lavorazioni possibili. Tecnicamente ha una costruzione piuttosto semplice: un motore universale a spazzole ha il compito di ruotare velocemente sul suo asse per permettere l’utilizzo di un utensile sagomato montato solidalmente per mezzo di un mandrino a pinze elastiche. Il gruppo motore scorre verso il materiale da lavorare tramite due colonne montate su di una base di appoggio: una o più molle nelle colonne hanno il compito di richiamare verso l’alto la testa ruotante per garantire la sicurezza di lavoro.

La Potenza del Motore e le Sue Implicazioni

La potenza del motore varia da 600 a 2300 watt, così come la corsa di lavoro (dai 35 agli 80 mm). La Potenza che la fresatrice assorbe dalla rete elettrica si calcola come il prodotto fra la tensione di rete e la corrente assorbita:

P = V x I (assorbita)

Questa potenza assorbita è pari al valore che la fresatrice deve generare durante la lavorazione del pezzo di legno, che possiamo calcolare come il prodotto fra la Coppia e la velocità di rotazione:

P = C x V (generata)

La coppia C è lo sforzo di torsione che la fresatrice trasmette alla fresa per farla ruotare quando è affondata nel pezzo di legno. La velocità di rotazione V è pari ai giri al minuto (RPM) del mandrino. È importante sapere che la coppia C aumenta se, a parità di legno lavorato, la profondità di passata aumenta. Un motore più potente può gestire carichi maggiori, ma se non è ottimizzato acusticamente, potrebbe anche essere una fonte di rumore più significativa, come discusso nelle sezioni precedenti.

Tipi di Fresatrici e Attacchi degli Utensili

In base alla potenza ed al peso una fresatrice può essere adatta all’uso a mano libera oppure come motore da fresatura montato al di sotto di un banco, come fosse una piccola toupie. Le fresatrici si distinguono anche per le loro applicazioni e caratteristiche tecniche:

Tipo di Fresatrice	Range di Potenza (Watt)	Uso Principale	Esempi (dal testo)
Fresatrice a mano libera	600 - 1500	Lavorazioni guidate manualmente	FRESATRICE OF1400EBQ, FRESATRICE OF1010EBQ
Fresatrice da banco	2000+	Lavorazioni più pesanti, montaggio sotto banco	FRESATRICE CMT 7E

In Italia ed in Europa gli attacchi delle frese sono cilindrici da mm 6, 8 e 12; in Inghilterra e negli Stati Uniti vengono invece utilizzati attacchi in pollici da un quarto (mm.6,35) e mezzo pollice (mm.12,7). Per motivi di sicurezza ogni fresa deve essere utilizzata soltanto con la pinza adatta al diametro dell’attacco: usare una fresa da 6 mm su di una pinza da ¼ comporta la certezza di avere il rilascio di una fresa tagliente che ruota a 20000 giri sul banco.

Applicazioni della Fresatrice

La fresatrice offre una versatilità notevole per diverse lavorazioni:

1. “A mano libera”, senza alcun accessorio, guidandola sul pezzo con entrambe le mani, la macchina seguirà la direzione impostale dalla mano.
2. Con squadra laterale: si possono eseguire fresature perfettamente parallele al bordo del pezzo.
3. Con compasso: tramite questo accessorio è possibile eseguire cerchi o figure circolari.
4. Con canotto guida: montando questo accessorio è possibile ottenere fresature ripetitive seguendo una sciablona o maschera.
5. Come fresatrice da banco con guida rettilinea oppure con fresa dotata di cuscinetto a copiare per rettificare o riprodurre pezzi alla stessa misura.
6. Con apposito banco per produrre pezzi da unire a coda di rondine oppure a pettine.

Con un minimo di manualità, attenzione ed un minimo di esercizio su pezzi di scarto sarà facile ottenere fresate a mano libera, profilature, fresature di ornamento, incastri, battute, profilature, refilature.

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