Come ottimizzare la lavorazione dell’alluminio nell’industria automobilistica
Nell’industria automobilistica, considerato il sempre maggiore utilizzo dell’alluminio nei componenti per motori, organi di trasmissione, pompe dell'acqua e impianti frenanti, gli OEM e i relativi fornitori devono rendere più produttive le operazioni di fresatura. La scelta degli utensili è fondamentale per differenziarsi in questo settore, dove il corretto impiego di frese ottimizzate per tutta la gamma di lavorazioni sui componenti del motore può apportare notevoli benefici economici.
Anno dopo anno, viene prodotto un sempre maggior numero di motori in alluminio per autovetture, tradizionali e ibride: ormai, la produzione annuale di tali motori sfiora i 100 milioni. Spesso, tali motori contengono parti di forma complessa e, dopo la fase di fusione, richiedono svariate ed essenziali operazioni di fresatura.
Ora, Sandvik Coromant dispone di una completa offerta per la lavorazione dell'alluminio nell’industria automobilistica: dalla cubatura di primo stadio fino alle operazioni di sgrossatura, semifinitura e finitura. Ciascuno dei cinque utensili di fresatura progettati è concepito per offrire qualità e costi unitari ottimizzati. Per contribuire a ottenere il secondo obiettivo, alcuni utensili della gamma eseguono un insieme di compiti come, ad esempio, la sgrossatura e la finitura in contemporanea, al fine di ridurre i tempi ciclo.
Un tipico esempio è la M5C90, un’innovativa fresa che abbina sgrossatura e semifinitura in un singolo utensile. La M5C90 è un utensile di spianatura ad alta velocità, concepito espressamente per eliminare i laboriosi tempi di setup nello stabilimento del cliente. La M5C90 opera con un minor numero di denti rispetto alle frese tradizionali, soprattutto grazie all’esclusivo posizionamento radiale ed assiale degli inserti sulla fila di finitura/sul diametro interno (non occorre regolazione degli inserti). Tale posizionamento assicura una fresatura priva di bave e un’eccellente finitura superficiale su testate, blocchi cilindri, componenti dei sistemi frenanti e su tutti i componenti in alluminio che consentano un ampio impegno della fresa (non applicabile su componenti a pareti sottili).
Per rendere un’idea dei potenziali vantaggi offerti dalla M5C90, consideriamo un impiego sperimentale, attualmente in corso presso un cliente, su un corpo valvola per sistema frenante realizzato in AlSi12Cu1. L’utensile, con 10 inserti in metallo duro sul diametro esterno e un diametro interno con quattro inserti (più un inserto raschiante), opera con velocità del mandrino di 8000 giri/min, velocità di taglio di 4021 m/min (13,192 piedi/min) e avanzamento di 0.25 mm/dente (0.009 poll./dente). Inoltre, la profondità di taglio assiale è pari a 2 mm (0.078 poll.), con profondità di taglio radiale di 140 mm (5.51 poll.), per un volume di truciolo asportato di 5600 cm3/min (342 poll.3/min). Sebbene la durata utensile totale sia ancora da determinare, lo stesso utensile si trova ancora nella macchina dopo 18 mesi d’esercizio.
E se occorre una fresa che possa anche rifinire componenti in alluminio a pareti sottili, ad esempio alloggiamenti e carter del cambio, Sandvik Coromant offre un’altra fresa altrettanto efficiente: la M5F90. La M5F90 è anch’essa un utensile che esegue contemporaneamente sgrossatura e finitura. Espressamente concepito per lavorare componenti a pareti sottili e per operazioni di lamatura, il corpo fresa (diametro 25-80 mm, 0.98-3.15 poll.) alloggia cuspidi in PCD brasato. Ciascuna cuspide presenta sia un tagliente di sgrossatura che un tagliente di finitura. L’area di sgrossatura opera come un tradizionale utensile di fresatura, con tutti i taglienti sullo stesso diametro e alla stessa altezza, mentre l’area di finitura è costituita da taglienti a gradini radiali e assiali. Tale concezione consente un passo ridotto, per una lavorazione priva di bave e un’eccellente finitura superficiale.
Tutto ciò consente eccezionali risparmi di tempo, come ha dimostrato un impiego sperimentale presso un cliente, con la spianatura di una testata in alluminio (elevato contenuto di Si): in tale caso, l’impiego della M5F90, rispetto a una fresa speciale in PCD di un concorrente, non soltanto ha ridotto il tempo ciclo del 150% ma ha eliminato la formazione di bave. Questi i parametri di taglio: velocità del mandrino di 15,915 giri/min; velocità di taglio di 2000 m/min (6562 piedi/min); velocità di avanzamento di 0.16 mm/dente (0.006 poll./dente); e profondità di taglio di 1.5 mm (0.06 poll.).
In un ulteriore esempio, la M5F90 ha ridotto il tempo ciclo del 44% su un carter catena in alluminio, rispetto alla fresa multitaglienti di un concorrente con diametro di 63 mm (2.48 poll.) e sei inserti in PCD. E poi, il maggiore vantaggio: la soluzione ha reso superflua la sbavatura a spazzola, precedentemente necessaria.
Un altro utensile di nuova concezione è la M610, sviluppata per la spianatura del lato ponte/la parte superiore dei blocchi cilindri per motori con interfacce bimetalliche, tipicamente in alluminio e ghisa grigia (GCI, Grey Cast Iron).
Lavorare materiali bimetallici è un’operazione difficile, a causa di varie caratteristiche termiche e meccaniche. Le frese attualmente disponibili per tale applicazione sono complesse e richiedono regolazioni, compromettendo, così, il rendimento; inoltre, tali utensili causano spesso scheggiature sulle parti in GCI del componente.
La M610 invece, non richiedendo setup né regolazione, consente di lavorare con avanzamenti elevati e senza problemi di scheggiature, bave o rigature sui pezzi. Si tratta di un vantaggio importante: le imperfezioni superficiali possono infatti causare perdite fra blocco cilindri e testata che, a loro volta, compromettono potenza e prestazioni. Alcuni OEM di rilevanza globale del settore automotive stanno già beneficiando della M610.
Nello specifico, un cliente ha ottenuto enormi vantaggi di competitività nella finitura del lato combustione su blocchi motore bimetallici. Rispetto a una fresa regolabile a cartucce di un concorrente, la M610 ha ottenuto un incremento della durata utensile pari all'833%, completando più di 4000 pezzi, rispetto ai 480 del concorrente; inoltre, la M610 ha operato a una velocità 10 volte superiore. Questi i parametri di taglio della M610, a 15 inserti: velocità di taglio di 3000 m/min (9843 piedi/min); velocità di avanzamento di 5720 mm/min (225 poll./min); velocità del mandrino di 3820 giri/min; velocità di avanzamento di 0.15 mm/dente (0.006 poll./dente); e una profondità di taglio di 0.5 mm (0.02 poll.) su alluminio e di 0.05 mm (0.002 poll.) su ghisa.
Un altro utensile della famiglia è la fresa tangenziale per sgrossatura M5Q90, che esegue la cubatura di primo stadio (prima lavorazione dei lati dopo la fusione) in una singola operazione e in assenza di bave. L’utensile è dotato di inserti tangenziali in PCD che assicurano un taglio stabile, riducono l’assorbimento di potenza ed eliminano le vibrazioni.
Le testate e i blocchi cilindri in alluminio sono fra i componenti d’elezione per la M5Q90: ad esempio, la cubatura di una testata in fusione richiederebbe tipicamente la lavorazione dei lati dell’albero a camme, di entrata/uscita e di combustione. Nello studio del caso di un cliente, la spianatura di sgrossatura di testate fuse in lega di alluminio AS-9 su un centro di lavoro orizzontale ha prodotto una durata utensile davvero eccezionale: con una velocità di taglio di 3000 m/min (9843 poll./min), un avanzamento per dente di 0.2 mm (0.008 poll.) e una profondità di taglio assiale di 2.0 mm (0.079 poll.) (impegno completo su 40 mm (1.57 poll.), sono stati completati più di 10000 componenti.
Un ulteriore utensile della famiglia è la M5R90, per sgrossatura/semifinitura di secondo stadio. Questa fresa standard opera con cartucce regolabili e supporta una profondità di taglio fino a 8 mm (0.315 poll.), con raggio di 0.4 o 0.8 mm (0.016 o 0.031 poll.), in base al tipo di cartuccia utilizzato. Un’agevole regolazione delle cartucce è vantaggiosa in molte applicazioni del settore automobilistico, come dimostrato dalla recente sperimentazione presso un cliente, per la spianatura di un carter motore. Fusa in lega di alluminio MRHB Si12, la M5R90 ha ottenuto risultati di gran lunga superiori rispetto alla fresa concorrente: con parametri di taglio identici, la M5R90 ha esteso la durata utensile da 8000 a 10000 pezzi. Inoltre, la fresa concorrente doveva essere regolata ogni 1000 pezzi lavorati a causa del movimento della cartuccia, che comprometteva la finitura superficiale. La M5R90 ha invece prodotto 8000 componenti prima di richiedere una regolazione della cartuccia.
Un altro utensile della famiglia è la M5B90 per la spianatura di superfinitura, con i suoi esclusivi inserti a posizionamento assiale e radiale. Tale configurazione, abbinata all’inserto raschiante, assicura un taglio privo di bave e dall’eccellente finitura superficiale, come ha di recente constatato un costruttore di testate. L’azienda si trovava ad affrontare processi instabili e problemi di bave; un ulteriore problema era la non prevedibile durata degli inserti, dipendente dalle regolazioni delle cartucce, che variavano a seconda dei setup. Passando alla fresa M5B90, l’azienda ha ottenuto una finitura regolare, con usura prevedibile e senza più bave. L’utensile produce trucioli molto sottili, agevolmente rimovibili durante il processo di taglio, per evitare danni alla superficie del componente. Inoltre, passando alla M5B90, la durata utensile media è stata estesa da 30000 a 45000 componenti.
Gli utensili di foratura e maschiatura delle famiglie CoroDrill® e CoroTap® sono disponibili ai clienti anche come parte della stessa famiglia di soluzioni per lavorazione di componenti automotive in alluminio; ciò vale anche per la fresa standard CoroMill® Century 590 per la spianatura di finitura.
In tutti i casi, le potenzialità di riduzione dei tempi ciclo e dei costi unitari, migliorando al tempo stesso durata utensile e qualità, sono ben concrete, come abbiamo visto dagli esempi descritti. Nell’industria automobilistica, in cui prevale la produzione di grandi numeri, anche un piccolo risparmio sul tempo ciclo può apportare sensibili vantaggi economici. Stante tale concetto, ogni tecnologia che si dimostri in grado di offrire maggiori guadagni è difficile da ignorare.
