I materiali compositi stanno cambiando l'industria, ma la loro lavorazione rimane molto impegnativa. Anche con macchine avanzate e processi di controllo, la lavorazione di fibre e resina rappresenta una grande sfida per ingegneri e operatori. Liam Haglington, product manager per frese in metallo duro integrale presso Sandvik Coromant, spiega come un design degli utensili avanzato e la moderna tecnologia dei materiali supportano le aziende manifatturiere nel superare i limiti della lavorazione di materiali compositi abrasivi.
Materiali compositi leggeri e ad alta resistenza, come le plastiche rinforzate con fibra di carbonio (CFK), offrono prestazioni senza pari e si distinguono per un eccellente rapporto rigidità/peso, nonché per resistenza alla corrosione e flessibilità di design. Tutti questi sono fattori decisivi per una costruzione leggera di successo.
L'industria aerospaziale rimane il settore di applicazione più esigente per i materiali compositi. Componenti come la struttura del fusoliera, le ali, i stabilizzatori, le travi, le costole e le travi di fondo sono cruciali per l'integrità strutturale – vengono spesso lavorati in grandi serie con alta precisione. I materiali compositi sono particolarmente adatti a questo scopo, poiché offrono un elevato rapporto rigidità/peso e una straordinaria resistenza all'affaticamento dei materiali. Grazie all'orientamento delle fibre, possono essere adattati per fornire resistenza esattamente dove è necessaria. Tutte queste sono caratteristiche essenziali per componenti aeronautici leggeri e ad alte prestazioni.
Ma anche altri settori ne traggono vantaggio. I produttori di automobili utilizzano CFK per ridurre il peso e aumentare l'efficienza. Secondo JEC, i materiali compositi sono "decisivi per applicazioni in cui la riduzione del peso è fondamentale per migliorare l'efficienza del carburante e limitare le emissioni di gas serra". Attualmente rappresentano circa il 17% dei materiali utilizzati nell'industria aerospaziale e l'8% dei materiali impiegati nel settore dei trasporti. In tutti questi ambiti, un controllo stabile del processo e utensili affidabili portano direttamente a risparmi sui costi e maggiore sicurezza produttiva.
Perché la lavorazione dei materiali compositi è così impegnativa
La lavorazione dei materiali compositi differisce notevolmente da quella dei metalli, poiché combina fibre rigide e abrasive con una matrice di resina più morbida. Anche una leggera variazione nell'orientamento delle fibre può modificare significativamente il comportamento del materiale durante la lavorazione. Ciò che appare uniforme in superficie rappresenta per l'utensile un ambiente in continua evoluzione.
Questo comportamento variabile porta alle aziende manifatturiere che lavorano materiali compositi ai noti difetti:
• Delaminazione: gli strati si separano sotto forze eccessive.
• Possono verificarsi fibre non tagliate o estratte se l'utensile non riesce a tagliare pulitamente il rinforzo.
• La qualità della superficie può diventare irregolare se le fibre e la resina reagiscono in modo diverso al calore e alla pressione.
Tutti questi problemi hanno la stessa causa sottostante. Il materiale non si comporta in modo coerente, il che rende le sue possibilità di errore imprevedibili.
Le conseguenze sulla produzione possono essere significative. Gli errori portano a scarti, a controlli aggiuntivi, a riparazioni e a fermi produttivi – soprattutto in ambienti ad alta precisione dell'industria aerospaziale, dove le deviazioni non sono ammesse.
Inoltre, la maggiore sensibilità al calore complica ulteriormente la situazione. Con l'aumento delle temperature, la resina si ammorbidisce, mentre le fibre rimangono rigide. Ciò aumenta il rischio di delaminazione o sfilacciamento. Se il taglio è troppo freddo, la resina rimane fragile e l'usura dell'utensile accelera. I parametri di taglio devono quindi essere controllati con grande precisione, ma gli utensili convenzionali spesso faticano a trovare il giusto equilibrio. Ne risultano usura più rapida, tempi di vita incerti e una qualità dei componenti ridotta.
Una lavorazione affidabile dipende da utensili che stabilizzano il processo, controllano le vibrazioni e gestiscono lo sviluppo del calore. Senza questo controllo, la lavorazione dei materiali compositi rimane un compito impegnativo e imprevedibile.
Soluzione: CoroMill Plura Composite 2P350
Per soddisfare queste esigenze, è necessario un utensile che non solo tagli il materiale, ma controlli anche come le fibre si separano e come l'usura si sviluppa nel tempo. Sulla base di questi criteri, è stato sviluppato il CoroMill Plura Composite 2P350.
Il pezzo centrale del 2P350 è il suo unico meccanismo a doppio tagliente. A differenza delle frese a gambo convenzionali, taglia le fibre in modo pulito anziché strapparle. Il meccanismo funziona secondo il principio del taglio: due bordi di taglio vengono avvicinati per sollevare e tagliare le fibre in modo controllato. In questo processo, un bordo guida le fibre mentre l'altro le taglia. Ciò mantiene il laminato stabile e previene la delaminazione. Questo movimento coordinato bilancia anche il carico di taglio, riducendo le vibrazioni e consentendo un processo di lavorazione più uniforme e prevedibile.
La geometria dell'utensile è progettata per un'elevata produttività. Grandi canali di truciolo garantiscono un'efficace aspirazione di polvere e fibre libere che si formano durante il processo di lavorazione. La loro rapida rimozione riduce il rischio di ritaglio e mantiene il taglio stabile e pulito. Che si tratti di fresatura di scanalature, inclinazione o fresatura dei bordi, il 2P350 esegue tutte le fasi di lavoro dalla sgrossatura alla finitura in un'unica morsa. Vibrazioni ridotte e un taglio uniforme contribuiscono anche a un ambiente di lavoro più tranquillo e piacevole nella produzione.
Il CoroMill Plura Composite 2P350 mantiene il suo comportamento di taglio in una varietà di condizioni. Ciò consente alle aziende manifatturiere di garantire una qualità costante, indipendentemente dalle variazioni nei pezzi o nei portautensili. Il meccanismo di taglio controllato migliora anche le prestazioni in lavorazioni complesse. Questo è particolarmente importante nella produzione non presidiata o automatizzata, poiché in questi casi non sono possibili interventi manuali. Il comportamento prevedibile dell'utensile e le vibrazioni ridotte diminuiscono la probabilità di un'usura improvvisa dell'utensile, consentono una produzione continua e riducono la dipendenza dall'esperienza dell'operatore.
La capacità dell'O2AD
Tuttavia, nelle applicazioni con materiali compositi abrasivi, la geometria da sola non è sufficiente. I bordi di taglio devono anche resistere all'azione costante delle fibre di rinforzo, per cui la varietà O2AD è ideale.
La varietà O2AD combina tecnologia dei materiali avanzata con un rivestimento CVD spesso e altamente adesivo. Il substrato su misura garantisce un'ottimale connessione tra il rivestimento in diamante e il corpo dell'utensile, prevenendo il distacco prematuro del rivestimento e prolungando così la vita dell'utensile.
I test hanno già dimostrato che la durata degli utensili rispetto al precedente tipo O12M è raddoppiata. In un caso concreto nell'industria aeronautica, dove un componente di un'ala di aereo è stato lavorato a secco su una macchina portale a 5 assi sotto vuoto, è stato possibile ottenere con il tipo O2AD un aumento della durata degli utensili del 100% rispetto a O12M, mantenendo le stesse condizioni di taglio. Il comportamento di usura è prevedibile e avviene in modo graduale, aumentando la fiducia nell'aumentare i parametri di taglio, riducendo al contempo gli scarti e il numero di cambi utensile. Questo porta a risparmi significativi grazie a finestre di lavorazione più lunghe, a un ridotto inventario di utensili e a minori tempi di inattività.
Il tipo O2AD combina la resistenza del rivestimento in diamante con un substrato stabile. Ciò affronta direttamente le principali sfide nella fresatura dei materiali compositi. Una qualità costante dei bordi di taglio garantisce forze di taglio costanti, riduce le vibrazioni e consente una migliore prevedibilità del processo di lavorazione. Le aziende manifatturiere possono così ottenere tagli più puliti, una durata degli utensili più uniforme e risultati più affidabili con materiali compositi abrasivi.
Conclusione
Il CoroMill Plura Composite 2P350 con il tipo O2AD affronta l'usura abrasiva, il rischio di delaminazione, la sensibilità al calore e le vibrazioni. Ciò consente la produzione di componenti di alta qualità con prestazioni costanti, indipendentemente dalla loro complessità o variabilità. In questo modo, il 2P350 aiuta le aziende nei settori aerospaziale, automobilistico e nelle applicazioni di difesa, spaziali e marittime a migliorare la loro produttività, proteggere l'integrità dei componenti e controllare i costi. Apre nuove possibilità a tutti coloro che affrontano la sfida dell'impossibilità di lavorazione nel campo della fresatura ad alte prestazioni affidabile dei materiali compositi.
In un contesto più ampio, questi progressi mostrano come gli sviluppi nella geometria e nella tecnologia dei materiali ridefiniscano le possibilità di lavorazione dei materiali compositi. La delaminazione, la variabilità delle fibre e la sensibilità al calore sono fattori che devono sempre essere considerati quando si lavora con questi materiali, ma la tecnologia giusta può affrontare queste sfide e garantire un funzionamento stabile e prevedibile.
Contatto:
