Nel mondo della torneria meccanica di precisione, ogni dettaglio conta. In molti casi, le lavorazioni di tornitura richiedono un fluido refrigerante per massimizzare la produttività, migliorare l’affidabilità del processo ed ottimizzare le prestazioni dell’utensile e la qualità del particolare. Diverse applicazioni, tuttavia, hanno bisogno di refrigerante per soddisfare i requisiti di tolleranza, finitura superficiale e lavorabilità. In alcuni casi potrebbe rappresentare un vantaggio ambientale ed economico lavorare senza refrigerante (a secco).
Perché il Raffreddamento è Cruciale nella Tornitura
Durante la lavorazione è necessario dissipare efficacemente il notevole calore dalla zona di taglio. Soprattutto durante la tornitura in cui un singolo tagliente è a diretto contatto con il pezzo in lavorazione, la sfida è particolarmente impegnativa. Durante la tornitura, nonostante gran parte del calore venga dissipato attraverso il truciolo, nella zona di taglio possono essere raggiunte temperature molto elevate che creano notevoli problemi all’utensile da taglio. A seconda del materiale, dell’avanzamento e della velocità, le temperature possono variare dai 300 ai 1000 °C e oltre. Ciò attiva procedimenti termici che rendono più rapida l’usura dell’utensile da taglio. In casi estremi l’utensile, dopo poco tempo, potrebbe bruciare. Per questo naturalmente si ricorre al raffreddamento.
Oltre alla funzione di raffreddamento e lubrificazione, il fluido da taglio favorisce l’evacuazione del truciolo, che è fondamentale per ottimizzare la durata utensile e la qualità superficiale del pezzo. Il fluido da taglio serve principalmente per l'evacuazione truciolo, il raffreddamento e la lubrificazione tra utensile e pezzo da lavorare. Diverse applicazioni hanno bisogno di refrigerante per soddisfare i requisiti di tolleranza, superficie e lavorabilità. Per quanto riguarda alluminio, inox e altri materiali a truciolo lungo devono essere lubrificati.
Refrigerante Interno vs. Convenzionale: Precisione ed Efficacia
Uscita del refrigerante convenzionale, ad es. ugelli regolabili che nella maggior parte dei casi presentano un diametro d'uscita maggiore. Il refrigerante scorre sopra l'inserto e il componente durante la lavorazione (adduzione di refrigerante a "inondazione"). Tuttavia il raffreddamento esterno diffuso assomiglia più al “bazooka” di Scholz, che spara con i cannoni ai passerotti, e spesso non ha alcun effetto. Infatti, versando in maniera relativamente imprecisa e incontrollata del lubrorefrigerante nel processo di taglio, il liquido raffredda i trucioli piuttosto che i preziosi taglienti degli utensili.
L'adduzione interna agisce con l’eleganza di un fioretto. I produttori di utensili riescono a convogliare il lubrorefrigerante direttamente nella zona di taglio e quindi nella zona problematica attraverso condotti intelligenti e ad alta precisione. La maggior parte dei moderni utensili di tornitura è dotata di adduzione di refrigerante interno attraverso l'utensile e molti offrono una combinazione tra refrigerante di precisione sopra e sotto l'inserto. Emulsione, olio e aria possono essere applicati mediante gli appositi canali per il refrigerante negli utensili di tornitura.
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Refrigerante di precisione o refrigerante di precisione sopra l'inserto, un ugello (o simile) direziona il getto di refrigerante direttamente verso la zona di taglio sul lato superiore. Migliorandone il distacco e abbassando la temperatura dell’utensile. Ugelli di precisione indirizzano il getto direttamente sulla zona di taglio tra inserto e truciolo. I moderni utensili di tornitura presentano ugelli che direzionano il refrigerante di precisione esattamente nella zona di taglio sul lato superiore, controllando la truciolabilità e offrendo una lavorazione sicura. Le soluzioni di tornitura più moderne dispongono anche di refrigerante sotto l'inserto.
Vantaggi del Refrigerante Interno e Ad Alta Pressione
L’impiego di fluido lubrorefrigerante ad alta pressione permette di incrementare significativamente le performance di una macchina utensile e aumentare la produttività complessiva dell’applicazione tornio-caricatore di barre.
| Vantaggio Principale | Descrizione Dettagliata |
|---|---|
| Miglior Controllo Truciolo | I getti del refrigerante ad alta pressione si comportano come un cuneo idraulico per sollevare il truciolo, facilitandone la rottura e l’evacuazione. Il refrigerante di precisione consente un migliore controllo truciolo e una maggiore affidabilità del processo. L’utilizzo di lubrorefrigerante ad alta pressione favorisce la formazione di trucioli di dimensioni minori e la loro evacuazione mirata, riducendo i tempi di fermo macchina dovuti all’accumulo. |
| Incremento della Durata Utensile | Le misurazioni dimostrano che questo tipo di raffreddamento consente di ridurre la temperatura nella zona di taglio a circa la metà, riducendo significativamente l’usura delle superfici di spoglia. Di conseguenza, la durata degli utensili può aumentare notevolmente, con utenti che riferiscono un aumento fino a tre volte o almeno il doppio. Questo permette di aumentare i valori di taglio e avanzamento. |
| Migliore Finitura Superficiale e Tolleranze | Il getto mirato e la pressione controllata permettono di raffreddare la zona di taglio in maniera efficace, così da evitare il surriscaldamento dell’utensile e del componente lavorato. La riduzione del calore generato preserva la struttura e le proprietà del materiale, evitando deformazioni e danni dovuti a dilatazioni termiche che modificano la dimensione del pezzo. |
| Maggiore Affidabilità del Processo | Uno dei grandi vantaggi è la minore esigenza di regolare i tubi del refrigerante. Quando si utilizzano portautensili con ugelli di precisione, l'erogazione è fissa, garantendo costantemente il corretto posizionamento del getto sulla zona di taglio. Le soluzioni di cambio rapido "plug and play" migliorano ulteriormente l'affidabilità e la velocità di setup. |
| Aumento della Produttività | Con una maggiore pressione, è possibile ottimizzare la truciolabilità e incrementare significativamente le performance della macchina. Poiché la durata degli utensili aumenta notevolmente, è necessario un minor numero di cambi utensile, riducendo il carico di lavoro del personale operativo e aumentando la produttività complessiva. |
Dettagli sul Controllo Truciolo
Con una maggiore pressione, è possibile ottimizzare la truciolabilità. Per anticorodal tu riesci con quella passata e avanzamento a rompere il truciolo? Non riesco a rompere il truciolo su anticorodal, adopero inserti specifici lappati se mi abbasso sotto 0,5 non struciolo per finitura adopero i diamantato viene a specchio. L'alternativa è usare al posto del 6082 il 6012 che è sempre della stessa famiglia, ma struciola meglio diciamo una via di mezzo fra il classico 6082 e il 2011.
Quindi capita che siano i trucioli a fondere, attaccandosi a punta e pareti del foro. Mi è capitato con una punta d.58 nel C40, era una foratura profonda 150mm, mancavano pochi mm e si è attaccato tutto; la punta era un pò storta, in quanto l'avevo recuperata con una saldatura dopo che si era spezzata per una collisione, forse anche quello ha contribuito al fattaccio.
Il Frigorista Top, video 37, Prova di tenuta dell' impianto.
Ottimizzazione della Durata Utensile
Se si usa un utensile con adduzione di refrigerante sopra (refrigerante di precisione) e sotto l'inserto, in alcune operazioni può essere utile disattivare il refrigerante sopra l'inserto. Le qualità con rivestimento spesso, come le qualità CVD di scelta prioritaria per i materiali ISO P e ISO K, presentano una buona protezione dal calore nel rivestimento. Queste qualità possono, nelle applicazioni di sgrossatura fino a quelle medie, ottimizzare la durata utensile solo con il refrigerante sotto l'inserto. Per le qualità con rivestimento medio, come le qualità CVD di scelta prioritaria per i materiali ISO M, è consigliabile usare il refrigerante sia sopra che sotto l'inserto. Al di fuori dell'area blu, il refrigerante sopra l'inserto potrebbe causare una leggera usura del tagliente e una maggiore craterizzazione. La craterizzazione può essere difficile da valutare, rendendo la durata utensile più breve e imprevedibile.
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Il refrigerante sotto l'inserto è molto efficiente già a bassa pressione, ma più questa aumenta maggiore sarà l'effetto in termini di aumento della durata utensile.
Refrigerante ad Alta Pressione: Dettagli Tecnici
Quasi tutte le macchine in versione standard permettono l'utilizzo di refrigerante ad alta pressione, 70/80 bar (1015/1160 psi). L'alta pressione nella macchina, insieme all'ugello, crea un getto di refrigerante ad alta velocità che a sua volta crea un cuneo idraulico. Riducendo l'area di erogazione, si aumenta la velocità del getto e, nel contempo, si riduce il flusso per una determinata pressione. La pressione richiesta per spezzare il truciolo varia a seconda del materiale e dei parametri di taglio. 80 bar (1160 psi) è un valore adeguato alla maggior parte delle applicazioni. Per i materiali esigenti, come l'acciaio inossidabile duplex e le superleghe HRSA, è necessaria una maggiore pressione del refrigerante.
Flusso e Pressione
Nello schema che segue, la portata richiesta è mostrata in relazione al diametro dell'ugello per una pressione fissa di 80 bar (1160 psi). Tornitura: se si utilizzano portautensili con tre ugelli del refrigerante da 1 mm (0,039 poll.), la portata richiesta è di 20 litri/min per posizione utensile. È comunque importante considerare il numero di utensili che vengono utilizzati con il refrigerante allo stesso tempo (numero di utensili × 20 litri/min).
Foratura: I diametri dei fori di uscita del refrigerante sono direttamente proporzionali al diametro della punta, pertanto le punte di diametro maggiore richiedono una portata maggiore. L'obiettivo è il volume di flusso, non la pressione.
Gestione e Collegamento del Refrigerante
Uno dei grandi vantaggi dei sistemi con refrigerante ad alta pressione è la minore esigenza di regolare i tubi del refrigerante. Con i tubi esterni, sono generalmente necessari due o tre tentativi per ottenere la giusta posizione del refrigerante. Quando si utilizzano portautensili con ugelli di precisione, l'erogazione dall'utensile al tagliente è fissa ma il refrigerante deve essere collegato al portautensili. La soluzione migliore è utilizzare una soluzione di cambio rapido "plug and play". Il refrigerante è permanentemente collegato al dispositivo di bloccaggio del portautensili.
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Con le unità di bloccaggio Coromant Capto®, il refrigerante viene collegato attraverso la torretta, consentendo di effettuare il cambio rapido e la premisurazione fuori macchina. L'adduzione di refrigerante su una macchina a fantina mobile è notevolmente diversa rispetto a quella su un centro di tornitura. I manicotti metallici sigillati ad alta pressione, come EasyFix, permettono il rapido setup delle barre di alesatura a stelo cilindrico. Non sono necessarie impostazioni costose, perché il sistema plug-and-play è sempre adatto.
Tipologie di Liquidi Refrigeranti e Considerazioni
Parlando di refrigerante in termini generici, ci riferiamo al raffreddamento tramite emulsione/olio. L’olio intero è un fluido da taglio non miscibile con acqua, utilizzato in forma pura nelle lavorazioni meccaniche. In un contesto produttivo basato su torni automatici, l’olio intero è una scelta strategica. L’olio da taglio che utilizziamo si distingue per essere realizzato con speciali esteri sintetici biodegradabili e additivi lubrificanti a basso impatto ambientale. È formulato senza cloro o componenti chimici attivi che potrebbero macchiare o alterare le superfici metalliche lavorate.
L'alta pressione richiede l’utilizzo di lubrorefrigerante incontaminato, privo di particelle in sospensione che potrebbero ostruire i passaggi millimetrici di canalizzazioni e ugelli in prossimità degli utensili di taglio, provocando danni al pezzo lavorato e all’utensile stesso. Il refrigerante ad alta pressione aumenta il consumo energetico, che deve essere preso in considerazione dal punto di vista ambientale ed economico.
Sistemi Avanzati di Refrigerazione Interna
Sistema ACS di Arno per Troncatura
Arno ha sviluppato il collaudato sistema ACS per la troncatura, in due varianti. Nella versione ACS1 il refrigerante viene condotto direttamente lungo la sede dell’inserto e fuoriesce direttamente nella zona di taglio. In questo modo, il truciolo viene efficacemente lavato e rimosso in modo ottimale dalla zona di taglio. L’usura diminuisce in modo significativo e la durata degli utensili per troncatura aumenta in modo altrettanto evidente.
Nella variante ACS2, un secondo getto di raffreddamento, con flusso ottimizzato, viene spinto dal basso sulla spoglia dell’inserto. Questo canale, nella attuale versione, termina in una forma triangolare. In questo modo il refrigerante raggiunge tutta la larghezza dell’inserto fino al bordo più esterno del tagliente. Inoltre, anche la manipolazione risulta più semplice. Il getto di refrigerante condotto internamente, senza che sia necessaria alcuna regolazione complessa, raggiunge sempre con precisione la zona di taglio e la superficie di spoglia dove può produrre l’effetto maggiore. Ciò è possibile, tra l’altro, perché Arno per realizzare i moduli per troncatura più avanzati si affida anche al processo additivo. Ciò ha consentito di ottenere, per la prima volta, anche una forma triangolare che modella esattamente il getto del refrigerante in modo da ottenere il massimo effetto di raffreddamento con un consumo minimo fino al bordo estremo dell’angolo di spoglia inferiore. Queste condizioni di raffreddamento ottimali consentono inoltre ulteriori ottimizzazioni, come la riduzione delle larghezze di troncatura.
Gli utenti grazie al sistema ACS2 di Arno riescono a portare il refrigerante in luoghi in cui finora non era possibile.
Refrigerazione Integrata per Tornitura su Fantina Mobile
Anche durante le operazioni di tornitura, gli utenti non devono rinunciare al raffreddamento mirato. Se viene impiegato lo stelo adatto, i condotti integrati portano anche qui il liquido di raffreddamento vicino alla zona di taglio. Anche per la tornitura su fantina mobile è possibile adottare il raffreddamento integrato. Arno Werkzeuge raccomanda le sue piastre lineari AWL e il sistema di sostituzione rapida AFC. Il sistema portautensili, in attesa di brevetto AWL è in grado di contenere fino a sei utensili. Il sistema prevede un fermo che viene fissato alla piastra e degli utensili frontali, che eseguono la lavorazione, che possono essere rimossi e sostituiti con facilità. Su un fermo fisso gli utensili di supporto da sostituire possono essere inseriti o rimossi con il relativo inserto. Due canali di raffreddamento indipendenti nel sistema portautensili, che possono essere aperti o chiusi selettivamente, consentono di utilizzare in parallelo utensili con o senza adduzione interna refrigerante. In questo modo si potrà effettuare il raffreddamento con estrema precisione.
Vale la pena di utilizzare utensili con adduzione interna del refrigerante, dov’è possibile. Inoltre, se si trova un produttore di utensili che capisce la situazione produttiva dell’utente e che ha già riflettuto a lungo sui processi, ciò può dare una vera spinta alla produttività.
Sistemi Integrati per Produttività e Spazio
Il sistema di alta pressione IEMCA è progettato per integrarsi perfettamente con il caricatore di barre: la dimensione compatta e il layout di cavi e tubi ordinato ne permettono l’installazione sotto la macchina, ottimizzando lo spazio occupato in officina. Grazie all’impiego di una pompa a palette, il fluido lubrorefrigerante può essere mantenuto costantemente in pressione all’interno dell’unità, per essere prontamente rimesso in circolo e utilizzato, evitando lunghe attese e sprechi di energia.
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