Richieste speciali per i costruttori di macchine utensili e utensili di precisione
La lavorazione razionale dei materiali compositi e dei composti rappresenta attualmente uno dei temi principali delle tecniche di produzione. Fedele al motto "Al centro del mercato", la Messe Stuttgart ne ha fatto uno dei suoi argomenti principali di cui discutere in occasione della prossima AMB, la fiera internazionale per la lavorazione dei metalli, che si terrà a Stoccarda dal 16 al 20 settembre 2014. All'insegna della parola chiave "Il settore dei materiali compositi", gli espositori metteranno in mostra le proprie competenze in questo ambito specifico e saranno facilmente identificabili dai visitatori, grazie al relativo logo apposto sugli stand e alle particolari indicazioni presenti sulla guida. I visitatori troveranno inoltre ulteriori informazioni in occasione delle varie manifestazioni organizzate durante la colazione aziendale denominata "Introduzione ai materiali compositi e agli utensili di precisione", offerta dall'Ente di Sviluppo Economico della Regione di Stoccarda, che proporrà convegni tematici ad hoc. 

I convegni tematici ad hoc
"L'aumento di materiali compositi nella produzione, soprattutto di serie, risveglia il fabbisogno di nuove tecnologie, macchine e utensili", sostiene l'Ing. Marco Schneider, capo reparto per le tecnologie delle strutture leggere, presso l'Istituto Fraunhofer per le Tecnologie di Produzione e l'Automazione (IPA), illustrando questa nuova tendenza. Nonostante la creazione semifinita di molti componenti in materiale composito, nella maggior parte dei casi risulta necessario attuare anche un'asportazione di materiale. "Il passaggio dal taglio di metalli a quello dei materiali compositi, CFK (plastica rinforzata con fibra di carbonio) o sandwich è possibile solo applicando particolari misure, a cominciare dalla macchina utensile, dalla tecnica di serraggio, dal concetto di raffreddamento e di lubrificazione, per passare poi agli utensili e all'aspirazione e finire con il controllo di qualità." La vasta gamma di materiali compositi impone inoltre una serie di esigenze specifiche nei confronti degli utensili, delle macchine e dei parametri di processo. Nel convegno organizzato in occasione della colazione aziendale, prevista per il 18 settembre alle 9.30, presso la "Regio Lounge", ingresso Est, l'Ing. Schneider ricorderà proprio i requisiti cui "gli utensili di precisione per la lavorazione da taglio dei materiali compositi" si trovano ora a rispondere.

Il Dott. Schneider vede però delle enormi opportunità nei materiali destinati alle strut-ture leggere, attualmente utilizzati nelle applicazioni in settori quali l'aerospaziale e l'automobilistico, ma estendibili a molti altri ambiti. Esistono però ancora due ostacoli all'ascesa di questi materiali: da un lato la necessità di sviluppare nuovi approcci, soprattutto per l'applicazione di materiali a base di fibre, dall'altro il ricorso necessario a tecniche di produzione e di lavorazione alternative. "Le aziende devono sviluppare le conoscenze e dotarsi dei macchinari necessari, investendo somme adeguate." Schneider ammonisce però dal commettere l'errore di sostituire solamente il materiale, seguendo il motto "Invece di una lamiera di acciaio, usiamo il carbonio." I materiali compositi possono trovare una corretta applicazione sotto forma di cellule, in grado di offrire tante nuove possibilità, nonché nuovi metodi di costruzione per altri prodotti, stimolando così l'innovazione, in termini di prodotto e di produzione."

Parte da un altro punto di vista il dott. Simon Küppers, vice capo reparto presso l'Istituto per la lavorazione delle fibre tessili ITV Denkendorf, anch'egli oratore alla "Regio Loun-ge", in data 19 settembre, alle 9:30. Küppers si occupa del settore "tecnologia dei mate-riali compositi a base di fibre, della tecnologia di assemblaggio e delle lavorazioni di su-perfici con rivestimento organico" da un punto di vista "tessile". Per ridurre ulteriormen-te il peso, bisognerebbe integrare funzioni "intelligenti" non solo nel componente, bensì direttamente nel tessuto o addirittura nella fibra, consentendo inoltre ai sistemi a resina di assumere funzioni aggiuntive. "La riduzione del peso è possibile però anche attraverso un monitoraggio del sistema, ossia il controllo dei componenti, perché solo in questo modo si riduce anche il coefficiente di sicurezza in fase di progettazione", sostiene il dott. Küppers. Un ulteriore approccio riguarderebbe la dislocazione delle fibre, commisurata al flusso di forza". Le strutture bioniche e la fibratura imitano i processi naturali, renden-doli utili per la tecnologia. Le tecnologie di tessitura, d'intreccio e di preformatura rap-presentano ulteriori opportunità per alleggerire i componenti. "La tecnologia tessile è al centro dell'attenzione poiché offre già una serie di procedure economiche, in grado di soddisfare i requisiti richiesti dalla tecnologia dei materiali compositi a base di fibre", afferma il dott. Küppers. 

Migliorare la sicurezza dei processi
"La sfida principale insita nella lavorazione dei composti risiede in un taglio economico e sicuro, soprattutto quando si tratta di forare i cosiddetti materiali stack", spiega il dott. Peter Müller-Hummel, direttore dell'ufficio commerciale Unit Aerospace & Composites della Mapal, Dr. Kress KG di Aalen. Finora i materiali compositi contenenti composti e metalli, come titanio o alluminio, hanno richiesto una procedura di foratura, a volte, anche in più passaggi. "In futuro, tali processi di foratura dovranno avvenire mediante un unico passaggio, senza però compromettere la qualità. Mentre finora il diametro del foro cambiava in base alla durata di vita del trapano, Mapal è oggi in grado di ottenere un diametro costante in tutti gli stack, applicando una tecnologia innovativa. Il dott. Müller-Hummel ci rivela che "In questo modo è possibile ottenere forature con un margine di tolleranza H8, applicando un indice della capacità produttiva CpK di oltre 1,4 e garantendo la stabilità di processo." Tuttavia, ciò implica che anche l'ambiente intorno alla macchina soddisfi questo standard di qualità. 

Le nuove tendenze parlano di utensili decisamente migliori e di maggior durata che consentano di ridurre il prezzo per ciascuna foratura. Un utensile simile, esposto allo stand della Mapal 5D32, in occasione della mostra speciale organizzata da PTW nel padiglione 5, è il Tritan-Drill per forature particolarmente complesse. Rispetto ai tradizionali trapani VHM (in metallo duro), il Tritan-Drill della Mapal promette di ottenere una lavorazione più affidabile e prestazioni decisamente migliori. Tre tagli e un taglio trasversale autocentrante e aggressivo permettono di ottenere al primo contatto con l'utensile, la massima precisione di posizione, particolarmente importante per forature difficili, come la perforazione o l'ingresso di forature trasversali. L'affilatura speciale è in grado di mantenere bassa la pressione e la temperatura di taglio, mentre l'assottigliamento espelle i trucioli senza creare attrito, attraverso tre scanalature.

Pionieri nell'utilizzo di materiali compositi sono, secondo Martin Heckel, direttore del product management presso LMT Tool Systems GmbH di Oberkochen, l'industria aero-spaziale e l'automotive. Ma sono tanti i nuovi settori, come quello dell'energia eolica, a spingere per l'utilizzo di questi materiali. In base a quanto ci si aspetta dal componente, trovano applicazione diversi materiali leggeri, come titanio,alluminio, CFK, GFK (plasti-ca rinforzata con fibra di vetro), strati multipli in metallo/CFK e strutture a nido d'ape che richiedono una lavorazione affidabile e molto performante. "Queste tecnologie sono caratterizzate dal fatto di riuscire non solo a sostituire i materiali, ma anche a utilizzare una propria catena produttiva, dalla progettazione del componente alla creazione della materia prima e del semilavorato, fino alla formatura e all'ottenimento della sagomatura finale e della superficie del componente." Durante i processi di taglio sarebbe auspicabile riuscire a ottenere una superficie di qualità ottimale, unita a tolleranze elevate e massima durabilità dell'utensile. Il Gruppo LMT ha sviluppato perciò delle soluzioni adeguate all'applicazione e al materiale impiegato, specifiche per i propri clienti. 

Nel suo stand alla AMB (1F52 , presso l'L-Bank Forum, pad. 1) la LMT mostrerà il suo DFC Compression Mill, un trapano con angolo dell'elica inverso e punto di compressio-ne definito. "Sotto questo punto avviene una torsione crescente, mentre il trapano, da sopra, spinge il truciolo verso il basso. In una situazione ottimale la trazione e la com-pressione sono in equilibrio e il pezzo laminato viene compresso correttamente", spiega Martin Heckel. Per la lavorazione dei cosiddetti "honeycomb" (cellule con struttura a nido d'ape), LMT Onsrud ha sviluppato speciali frese per scanalature a T e frese con al-tezze di taglio variabili e taglienti intercambiabili. Queste piastre strutturali e interne vengono utilizzate sugli aerei. Le frese per scanalature possono tagliare il rivestimento e tagliare sottosquadra la struttura a nido d'ape, in un solo passaggio. L'utensile PKD 2 consente poi di tagliare il rivestimento e la struttura a nido d'ape. Tre passaggi racchiusi in un unico utensile, il "One-Shot-Drill" di LMT Belin, che consente di forare, grattare e smussare gli stack in CFK e alluminio, preparandoli per la scanalatura.

Un progetto dei tirocinanti: la macchina a pedali con componenti in CFK
La Paul Horn GmbH, di Tubinga, propone all'AMB qualcosa di veramente speciale. Per poter avvicinare il più concretamente possibile le nuove generazioni ai materiali compo-siti, i tirocinanti hanno costruito una macchina a pedali, una sorta di automobile giocat-tolo moderna. Il telaio e l'assale posteriore suddiviso sono fatti in CFK. La vettura sarà esposta allo stand dell'Accademia Horn, zona ingresso Est, stand N° E2-102. Gli utensili che hanno utilizzato i tirocinanti per lavorare il materiale sono esposti invece allo stand 1I16 presso l'L-Bank-Forum (pad. 1). Particolarmente importante in questa lavorazione risulta il diamante sintetico (o CVD), utilizzato come materiale da taglio non solo per la tornitura, ma anche per la fresatura di leghe in alluminio, grafite e plastiche rinforzate con cariche abrasive. Il portavoce stampa Christian Thiele afferma che "Combinando la durata di vita elevata degli utensili in diamante, con la nuova geometria guida per il taglio della Horn, applicata al taglio a diamante CVD, è possibile aumentare la produttività fino al 35% e ridurre i costi di lavorazione fino all'80%." Horn ha inoltre sviluppato diverse piastre da taglio dotate di geometria Wiper e destinate al taglio ad alta potenza nella tornitura interna ed esterna. Tali utensili a base CVD raggiungono una durata di vita decisamente più alta. Thiele afferma orgoglioso: "Con un materiale com-posito in PEEK (poli-eter-eter-chetone) contenente fino al 50% di fibra di carbonio siamo riusciti, nel caso di un cliente, a triplicare la vita dell'utensile rispetto ai normali utensili in PKD."

L'industria meccanica affronta nuovi approcci
Non sono solo i costruttori di utensili ad affrontare la sfida dei materiali compositi fibro-rinforzati; anche i costruttori di macchine utensili devono inventarsi qualcosa di nuovo. Il produttore italiano Jobs S.P.A di Piacenza può contare su oltre 30 anni di esperienza nelle macchine di questo tipo. La serie "Speeder" comprende centri di fresatura a portale mobile ed è stata concepita appositamente per la lavorazione di materiali compositi nei settori aerospaziale e automotive. Antonio Dordoni, Vicepresidente acquisti, marketing e assistenza, ci spiega: "La famiglia Speeder è composta da due versioni di base dotate di struttura simile, ma con prestazioni diverse, fino a 22 kW e velocità fino a 60 m/min, valori questi, che possono essere adattati alle esigenze del cliente." I progettisti hanno pensato soprattutto a offrire dei costi di esercizio ridotti e una semplice manutenzione. "Inoltre abbiamo cercato di sviluppare delle soluzioni tecniche confacenti all'eco design e al principio di ecocompatibilità che caratterizza la "green vision" aziendale." Gli impianti a portale alto erano adatti a dimensioni medio grandi. Essi disponevano di un'elevata dinamica e altrettanto elevati volumi di esercizio. Nella lavorazione di materiali fibrorinforzati è importante avere un sistema di aspirazione efficiente e una cabina chiusa che garantisca però facile accesso e sicurezza all'utente. Allo stand 5A11, pad. 5, sarà possibile ammirare gli impianti Speeder.

Anche l'azienda svizzera Otto Suhner, con filiale in Germania, a Bad Säckingen ha deciso di venire incontro alle particolari esigenze insite nella lavorazione di materiali compositi, utilizzati sempre più nella costruzione di automobili, e in particolare per i tettucci delle auto, le parti della carrozzeria, i rivestimenti interni, gli interruttori e gli elementi di comando, come afferma Dieter Herzog, direttore del reparto specializzato in automa-zioni. Per quanto riguarda la costruzione degli aerei, invece, l'alluminio, che in passato era il materiale più utilizzato, è stato sostituito dagli stack e da materiali multistrato di diversa natura." Proprio questi materiali stratificati pongono enormi sfide ai trapani e alle frese, nonché alle macchine per la lavorazione, in fase di taglio. Herzog: "Per raggiungere risultati di lavorazione ottimali è necessario applicare diversi parametri di taglio. Il passaggio dovrebbe avvenire idealmente in maniera automatica, con numero di velocità e spinta adattabili a vicenda, in ogni passaggio al materiale successivo." Suhner ha quindi sviluppato ad hoc per l'industria aerospaziale delle perforatrici/chiodatrici CNC a due assi, ad azionamento manuale, in grado di soddisfare queste premesse. La novità è rappresentata dalle unità di foratura stazionarie, attualmente ancora in fase di test. Anche l'industria dell'automotive ha delle precise richieste in fatto di componenti in CFK. Herzog: "Proprio per ottenere questi vantaggi Suhner offre unità di lavorazione ad hoc, pensate per i pezzi grossi e ingombranti, poiché riescono a lavorare contem-poraneamente in diverse direzioni." Come esempio Herzog presenta una macchina speciale che, con i suoi 33 mandrini, riesce ad eseguire contemporaneamente 33 operazioni di foratura in meno di 2,5 secondi. Otto Suhner mostrerà i suoi prodotti per la lavorazione di tali materiali, nel padiglione 3, stand 3C76.

Si è specializzata invece nell'utilizzo di macchine utensili, piuttosto che sulla lavorazione di materiali compositi, la Xperion Components GmbH & Co. KG di Laudenbach. Allo stand E2-206, zona ingresso Est, l'azienda illustrerà i componenti in CFK sottoposti ad elevate accelerazioni. "Il peso ridotto e la rigidità regolabile, in alcuni casi a livelli molto elevati, uniti a una ridotta e definibile dilatazione termica, sono le caratteristiche princi-pali offerte dal CFK, rispetto all'acciaio, e in grado di garantire un significativo valore aggiunto per l'utente", come spiega il Direttore Generale Thomas Henß. L'X-girder, un supporto rettangolare in CFK con guide montate nella versione termostabile, ha consen-tito di aumentare la velocità di 20 volte rispetto all'acciaio, senza compromettere la qua-lità. Il problema è che l'acciaio si dilata a causa del calore, mentre il CFK resta termostabi-le. Un assemblamento rigido porterebbe a delle faglie, in caso di temperature di utilizzo oscillanti, mettendo a rischio la precisione di ripetibilità. Thomas Henß: "Grazie a una soluzione di consolidamento brevettata siamo riusciti a ottenere una dilatazione assiale delle guide, spazzando via tutti i timori in fatto di precisione di ripetibilità."

Alla AMB 2014, in programma dal 16 al 20 settembre, sono attesi oltre 90.000 visitatori specializzati e circa 1.300 espositori. Su oltre 105.000 m² lordi sarà possibile osservare le principali innovazioni e sviluppi riguardanti la tecnologia di taglio e l'industria degli utensili di precisione, ma anche dispositivi di bloccaggio, CAD, CAM, CAE, software, rettificatrici, manipolazione di pezzi e utensili, nonché sistemi di misurazione. La AMB 2014 sarà supportata dalle associazioni promotrici, VDMA, associazione di categoria dei produttori tedeschi di utensili di precisione e software e VDW, associazione tedesca dei costruttori di macchine utensili.