Da Sandvik Coromant alcune soluzioni per la lavorazione del titanio

Man mano che l’impiego del titanio si diffonde fra i produttori, diventa sempre più importante perfezionare la lavorazione di questo materiale così da elevare prestazioni e risultati a nuovi livelli. In questo caso, a dominare la scena è la fresatura, anche perché molte delle sfide insite nella lavorazione del titanio sono legate alla realizzazione di tasche, profili e cave nei componenti delle strutture aerospaziali.

Anche se si tratta di operazioni perlopiù bidimensionali, l’esecuzione di questi componenti è destinata a complicarsi, sia a causa dei requisiti imposti in termini di profondità e raggio delle cavità, sia per fattori competitivi. Per quanto riguarda le macchine utensili, la loro evoluzione consente di soddisfare ampiamente i regolamenti imposti per la lavorazione del titanio; ciò rende estremamente importante andare alla ricerca degli utensili e dei metodi di lavorazione migliori al fine di sfruttare al meglio le potenzialità della macchina e il tempo a disposizione.

Occorre poi tenere in considerazione una serie di caratteristiche in base alle quali è possibile superare determinati metodi e pratiche che ormai dominano da molto tempo. Due soluzioni di utensili innovative per la fresatura, accanto all’evoluzione delle applicazioni, offrono nuove possibilità per la lavorazione di questo materiale.

Le possibilità di successo nella lavorazione del titanio appaiono minori e diverse rispetto a molti altri materiali. Dal momento che le leghe a base di titanio presentano caratteristiche estremamente variabili in termini di lavorabilità, altrettanto variabili risultano le scelte da compiere e le procedure da adottare; come per qualsiasi altra lega, tuttavia, anche la lavorazione del titanio richiede una fase di pianificazione molto accurata, dalla selezione della macchina utensile in base al lavoro da eseguire, fino alla programmazione dei dettagli del processo di asportazione. Sebbene le caratteristiche dei componenti appaiano molto simili in tutta la gamma di elementi utilizzati per le costruzioni aerospaziali, le dimensioni e la forma variano e, con esse, l’attrezzatura, l’adduzione del refrigerante, gli utensili, il metodo e i parametri di taglio.

La flessibilità operativa rappresenta una condizione essenziale, poiché lo spazio disponibile nei magazzini utensili delle macchine, la tipologia di portautensile e il set-up costituiscono fattori cruciali per la produttività e la capacità di lavorazione.

Le operazioni di sgrossatura e finitura devono essere pianificate in base a diversi parametri: per questo motivo, nell’ambito delle tecnologie avanzate per la fresatura del titanio, stanno emergendo aree di applicazione per frese a inserti e in metallo duro integrale. Le dimensioni e la forma delle configurazioni, insieme alla dimensione idonea dell’utensile, rappresentano uno dei fattori determinanti. Le frese a inserti asportano il materiale con la massima efficienza e vengono attualmente considerate la scelta ideale per le operazioni di sgrossatura e per la finitura di grandi superfici piane. Le frese in metallo duro integrale costituiscono una valida soluzione per le operazioni di semi-finitura e finitura, laddove raggi, cavità e cave risultano troppo piccoli per gli utensili a inserti.

Le opzioni di programmazione necessarie per realizzare la configurazione desiderata rappresentano il punto di partenza per la scelta di una fresa specifica per la lavorazione del titanio. Dal momento che il volume truciolo asportato deve essere ottimizzato in base alla durata economica dell’utensile, è possibile stabilire una serie di variabili aggiuntive per quanto riguarda la fresa. Per la lavorazione del titanio, fondamentalmente, l’utensile deve sempre avere un angolo di spoglia superiore positivo, con un tagliente affilato ma resistente su una qualità in metallo duro, in maniera tale da soddisfare i peculiari requisiti termici e chimici del titanio. La tecnologia degli inserti si è molto evoluta in termini di geometria e di materiali e sta sostituendo, in qualità di soluzione più economica, le numerose soluzioni in metallo duro integrale disponibili anche per gli utensili di medie e grandi dimensioni.

La fresatura radiale rappresenta uno dei metodi più idonei per la lavorazione del titanio. Tuttavia, profondità elevate possono accorciare in maniera significativa la durata utile dell’utensile, mentre la profondità di passata assiale influisce in modo relativamente trascurabile sulla temperatura di taglio e, di conseguenza, non risulta altrettanto determinante per la vita dell’utensile. La maniera più efficace per asportare il titanio consiste, pertanto, in una fresa a riccio a passo normale con impegno radiale pari al 30% circa e con il massimo impegno assiale consentito dall’applicazione.

Dunque, la fresa a riccio si presta idealmente sia per la sgrossatura che per la finitura delle pareti di molti componenti in titanio. I taglienti di questo tipo di frese elicoidali a riccio sono perfetti per eseguire le numerose operazioni di fresatura radiale richieste. La fresa a riccio con inserti multitaglienti è costituita da diverse file di inserti che replicano i taglienti affilati delle frese in metallo duro integrale. Il posizionamento di inserti multitaglienti in file che, dal fondo della fresa, si estendono fino alla periferia ha rappresentato fino a oggi un ostacolo al raggiungimento di una capacità di lavorazione e di un livello di sicurezza accettabili nella fresatura del titanio. Il processo richiede ampie scanalature per un’evacuazione efficace dei trucioli e ciò, insieme alla creazione sulla fresa di file di inserti positivi e affilati, pone una serie di sfide per le frese a riccio con inserti multitaglienti.

I taglienti fissi sono pertanto la soluzione migliore quando si parla di fresatura del titanio; qualsiasi movimento, perfino in sede di sgrossatura, può provocare un’usura non omogenea e compromettere il tagliente. Il più piccolo segno di usura o indebolimento comporterebbe, in breve tempo, la rottura del tagliente. Risulta particolarmente difficile assicurare il supporto assiale degli inserti posizionati in fila a breve distanza l’uno dall’altro, in quanto potrebbe provocare un carico eccessivo sulla vite dell’inserto. Il modo migliore per ottenere livelli prestazionali eccellenti con la fresa a riccio consiste in un’interfaccia perfetta tra inserto e corpo utensile. La sede dell’inserto deve essere perciò dotata di supporto fisso e dispositivo di bloccaggio, in grado di resistere, in particolare, alle forze assiali e rotative.

Date le condizioni operative, la fresa a riccio CoroMill 690 (progettata appositamente da Sandvik Coromant per la lavorazione del titanio) doveva essere necessariamente caratterizzata da un design degli inserti innovativo. Grazie al posizionamento preciso e al bloccaggio sicuro dell’inserto, la capacità di raggiungere un elevato volume truciolo asportato si combina con la disponibilità di scanalature spaziose per l’evacuazione dei trucioli. Gli inserti per la fresa CoroMill 690 sono ottimizzati per il taglio del titanio e rappresentano il frutto degli ultimi progressi compiuti nella costruzione degli inserti. Si hanno così inserti più affilati e ricavati da sinterizzato che permettono un taglio più leggero, un ampio impegno, un consumo energetico inferiore e la capacità di raggiungere avanzamenti più elevati. Inoltre, la geometria è stata ottimizzata per la fresatura radiale del titanio, con un’azione di taglio che favorisce una durata prolungata dell’utensile. Il sistema si presenta resistente e affidabile, per una sgrossatura di bordi e cavità più efficiente anche per grandi quantità di materiale da asportare, come spesso accade nella lavorazione di componenti per le strutture aerospaziali.

Gli inserti in due dimensioni offrono la possibilità di scegliere il numero di denti sul medesimo diametro, a seconda dell’operazione da eseguire, mentre il passo ridotto degli inserti aiuta ad incrementare la produttività, in particolare agendo sull’avanzamento. Insieme, le opzioni offerte dagli inserti assicurano una capacità di fresatura radiale a 360 gradi, con ampie possibilità di ottimizzazione. Lo sviluppo della fresa a riccio CoroMill 690 è il frutto, in parte, dell’esperienza accumulata utilizzando CoroMill 390, un punto di riferimento collaudato per le frese a candela, con un ampio campo di applicazione, compresa la fresatura a tuffo per la sgrossatura delle cavità. Nel suo complesso, questa gamma di prodotti copre l’intero spettro di frese a inserto multitagliente per la lavorazione del titanio, in cui il volume truciolo asportato in tutta sicurezza è la priorità.

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