Tuffarsi verso nuove profondità

Prendete la potenza pura di 1.200 Porsche 911 e avrete la capacità di una sola turbina a gas SGT5-8000H di Siemens, che ha un peso equivalente a quello di un Airbus A380 a pieno carico di carburante.

Oggi, la SGT5-8000H è una delle turbine a gas più grandi e più potenti del mondo, costruita per assecondare la tendenza del mercato globale del gas, che secondo alcune previsioni sta crescendo di oltre il 6% all’anno.

Questi enormi componenti vengono prodotti a Berlino, in Germania, nello stabilimento Siemens dedicato alle turbine a gas e costruito nel 1909 in stile neoclassico, con pareti in vetro e acciaio lunghe 120 metri e alte 25. Nel 1956, la fabbrica, che fa parte della Siemens Power Generation Division, è stata dichiarata edificio storico. I macchinari e le tecnologie presenti al suo interno sono di altissimo livello, con centri di lavoro all’avanguardia.
Nel 2012, quando la Siemens ha introdotto una nuova, grande struttura per contenere la sua enorme turbina a gas, lo stabilimento ha dovuto necessariamente adattare la propria tecnologia. Il processo di produzione fino ad allora in essere, basato su operazioni di sgrossatura e barenatura di finitura eseguite usando teste angolari e frese elicoidali, non era abbastanza stabile per riuscire a realizzare i 16 fori da 600 mm di diametro necessari per i bruciatori.

“Avevamo problemi enormi,” ricorda Markus Zapke, capo tecnologia, processi di attrezzamento e fornitura macchine dello stabilimento. “La testa angolare era il punto debole dell’intero processo. C’erano troppe vibrazioni e gli utensili si rompevano. Avevamo raggiunto il limite massimo consentito dalla tecnologia installata.”

Tra gli altri fornitori è stata contattata anche Sandvik Coromant e, nell’agosto 2013, l’azienda ha proprio scelto la proposta della società svedese, basata sulla fresatura a tuffo e su una nuova strategia correlata ai mandrini. “Sandvik Coromant era nostro partner tecnologico già da parecchi anni,” sottolinea , Zapke. “Sono riusciti ad identificare una potenziale soluzione ai nostri problemi pressoché immediatamente.”

Olaf Zahn, head of regional sales and technical consulting di Sandvik Coromant, è l’uomo dietro a questo nuovo concetto tecnico. “Sapevamo che la testa angolare era instabile,” ricorda. “Abbiamo quindi optato per la fresatura a tuffo, dove gli utensili entrano direttamente nei fori preformati all’interno della struttura per turbina.”

La fresatura a tuffo non è una novità in sé. “Nel settore automobilistico la si utilizza da 20 anni,” dice Herbert Imrich, team leader per la produzione nello stabilimento Siemens. “E’ incredibile che nessuno ci abbia pensato prima, o per lo meno quando sono insorti i problemi.”

Per l’appunto, ci ha pensato Sandvik Coromant: la fresatura a tuffo è il primo passo del nuovo processo produttivo. Dato che questa tecnica porta automaticamente ad ottenere superfici ondulate, la seconda fase deve necessariamente prevedere un’operazione di barenatura di finitura per soddisfare gli alti requisiti previsti per la superficie e mantenere le tolleranze richieste. In questa fase finale, il diametro dei fori viene aumentato, passando da 598 a 600 mm. Il nuovo concetto è stato testato e poi sviluppato in stretta collaborazione tra Siemens e Sandvik Coromant.

l collaudo è avvenuto in condizioni reali. Thomas Reich, esperto di tecnologia e utensili di taglio di Siemens, spiega: “Dato che la nostra vecchia tecnologia non riusciva a far fronte alle nuove necessità, volevamo partire con il nuovo sistema senza ulteriori indugi. Per questo abbiamo effettuato tutti gli adeguamenti necessari e la nuova programmazione direttamente in fase di produzione.”

I risultati, fino a questo momento, sono estremamente positivi. La fresatura a tuffo ha ridotto i tempi di lavorazione da 100 ore per componente a 42. I tempi per la barenatura di finitura sono passati da 480 a 160 minuti. Nel complesso c’è stata una riduzione di oltre 63 ore di lavoro per ciascuna struttura per turbina – o 11 settimane di lavorazione risparmiate in tre anni di produzione, secondo i calcoli di Siemens.

Altri effetti positivi sono ovvi ma difficili da tradurre in numeri. “Siamo molto soddisfatti del fatto che si riescono ad usare sempre utensili standard,” continua Zapke. “Ciò vuol dire prezzi più bassi, alta affidabilità e utensili sempre disponibili a magazzino.”

Ciò che però è ancora più importante, è che la soluzione di Sandvik Coromant si presta ad ulteriori adattamenti. “La fresatura a tuffo può facilmente essere trasferita ad altri processi,” dice Christian Lendowski, senior key account manager di Sandvik Coromant per Siemens. “E’ stata già applicata per la lavorazione di un’altra struttura Siemens. E altri progetti sono in fase di studio. In quel senso si può davvero dire che si tratta di una tecnologia modello.”

Analisi tecnica

LA FRESATURA A TUFFO è la tecnologia chiave del nuovo processo Sandvik Coromant attivato presso lo stabilimento Siemens di Berlino, che produce turbine a gas. Le strutture per le più grandi turbine a gas del mondo hanno 15 fori destinati ai bruciatori, preformati con una tolleranza di 12-15 mm. Una volta finiti, i fori hanno un diametro di 600 mm e una lunghezza di 450 mm.

PER LA FRESATURA A TUFFO Sandvik Coromant usa il sistema CoroMill 210. L’utensile, lungo circa 430 mm, si “tuffa” per 300 mm direttamente nel foro preformato, evitando lo sviluppo di forze radiali che generano vibrazioni che compromettono l’affidabilità del processo. L’utensile sale e scende con un movimento circolare, 126 volte per ciascun foro.
Per questa operazione di sgrossatura, il tempo macchina per ciascun componente è stato ridotto a 42 ore, contro le 100 prima necessarie usando teste angolari e frese elicoidali.

Nella fase successiva, il diametro dei fori è stato portato da 598 a 600 mm con un’operazione di finitura superficiale, eseguita con il sistema CoroBore 820 XL di Sandvik Coromant. Questo consente di aumentare drasticamente la produttività rispetto ai sistemi tradizionali, come per esempio la barenatura, oltre che di mantenere la tolleranza richiesta e soddisfare le esigenze in materia di qualità superficiale.

NELLA FASE DI IMPLEMENTAZIONE è stato introdotto un nuovo concetto di bloccaggio utensili. Un altro effetto estremamente positivo è stata la riduzione dei setup da tre a uno. Rispetto al vecchio processo, la nuova tecnologia consente di risparmiare 320 minuti per singola struttura per turbina. Inoltre, usando gli utensili standard a disposizione si mantengono bassi i costi per l’attrezzamento e si garantisce una fornitura stabile di utensili affidabili. Nel suo insieme, il nuovo concetto sviluppato in stretta collaborazione da Siemens e Sandvik Coromant presso lo stabilimento di Berlino, produce un processo stabile con risparmi di tempo significativi. Siemens calcola che il tempo macchina complessivo sia stato ridotto di oltre 63 ore per componente.