L'impiego di un nuovo approccio e nuovi inserti in metallo duro consente di aumentare l'efficienza e la produttività 
nella tornitura dell'acciaio

Mentre il COVID-19 continua a provocare cambiamenti inaspettati nell'industria, i costruttori devono prepararsi al recupero post-lockdown. Rolf Olofsson, Product Manager presso Sandvik Coromant, azienda leader globale nel taglio dei metalli, ci spiega perché l'impiego di soluzioni di attrezzamento avanzate e l'adozione di un nuovo approccio alla tornitura dell'acciaio si riveleranno essenziali per mantenere una buona competitività.

Nel recente documento "COVID-19: Briefing note", l'analista McKinsey & Company descrive il clima previsto per i costruttori come la “nuova normalità”, nella quale occorrerà aspettarsi cambiamenti del mercato imprevedibili e di lunga durata. Secondo il report, sarà necessaria una notevole resilienza per proseguire su un percorso economicamente e socialmente praticabile.

I costruttori, inclusi i produttori di piccoli e grandi lotti, potrebbero trovarsi ad affrontare due diversi scenari. Il primo è caratterizzato da un calo della domanda. In questo caso occorrono utensili in grado di produrre un maggior numero di pezzi per tagliente garantendo nel contempo un'elevata sicurezza del processo, con un minor numero di interruzioni della produzione e la possibilità di gestire operazioni non presidiate.

Il secondo prevede invece l'aumento della domanda, che richiede soluzioni di attrezzamento che permettano di aumentare i volumi di truciolo asportato, ridurre i tempi ciclo e consentire il cambio rapido dei lotti di produzione. In ogni caso, la chiave per mantenere un'elevata redditività nella tornitura dell'acciaio risiede nella combinazione tra maggiori volumi di truciolo asportato e un migliore utilizzo delle macchine, senza però sacrificare la sicurezza del processo.

Al momento, molti costruttori riconoscono l'importanza della qualità scelta per gli inserti. Tuttavia, spesso non si soffermano a riflettere sulla soluzione di attrezzamento nella sua interezza e trascurano una serie di considerazioni relative a inserti e portautensili. In questo articolo analizzeremo alcune innovazioni che potrebbero rivestire un ruolo fondamentale nel superamento delle sfide affrontate dai costruttori di componenti in acciaio.

Materiali tenaci
Prima di tutto, è bene tenere presente che la lavorazione di pezzi appartenenti al gruppo ISO P presenta una serie di sfide piuttosto complesse. Componenti, processi, caratteristiche e condizioni di lavorazione possono variare molto nelle applicazioni di tornitura generale che rientrano in questa categoria, le quali sono estremamente ampie, dalla sgrossatura alla finitura di pezzi fusi o forgiati ovalizzati o semifiniti. Poi c'è il materiale in sé, che può essere non legato o fortemente legato, con valori di durezza che variano notevolmente da un estremo all'altro.

Dato il gran numero di variabili che influiscono sulle prestazioni dell'inserto, è difficile scegliere un'unica qualità adatta all'ampio spettro di esigenze legate ai campi di applicazione da P15 a P25. Le sigle da P15 a P25 si riferiscono ai requisiti imposti dalle varie condizioni di lavoro, che influiscono sui parametri di lavorazione come dati di taglio, finitura superficiale, profondità di taglio, superfici lavorate o grezze, tagli continui o interrotti.

La resistenza alla frattura rappresenta spesso un fattore di primaria importanza, come anche un tagliente dotato della durezza necessaria per resistere a qualsiasi deformazione plastica causata dalle temperature estreme normalmente presenti nella zona di taglio nelle applicazioni P25.

Questo è stato uno degli elementi alla base della progettazione delle due nuove qualità in metallo duro per la tornitura di materiali ISO P che Sandvik Coromant ha introdotto nella propria gamma, denominate GC4415 e GC4425 — nomi che fanno riferimento ai campi di applicazione P15 e P25 nelle applicazioni di tornitura dell'acciaio.

La qualità GC4425 offre una migliore resistenza all'usura e al calore e una maggiore tenacità, mentre GC4415 è progettata per integrare la qualità GC4425 nelle operazioni che richiedono una maggiore resistenza al calore. Entrambe sono ideali per l'impiego con acciai debolmente legati e non legati, adatte sia alla produzione in serie che in lotti. Il risultato è una tornitura dell'acciaio più sicura, efficiente e produttiva.  

Strato dopo strato
Per soddisfare le variabili esigenze associate ai campi di applicazione P15 e P25, le qualità in metallo duro devono essere dotate di un rivestimento in grado di prevenire l'usura sul fianco, la craterizzazione e il tagliente di riporto. In più, è fondamentale che il rivestimento aderisca perfettamente al substrato poiché, in caso contrario, il substrato rimane scoperto e si deteriora molto rapidamente.

Per risolvere il problema GC4415 e GC4425 sono state dotate della tecnologia Inveio®, un rivestimento di allumina CVD (deposizione chimica mediante vapore) con struttura testurizzata sviluppato per la lavorazione. Ciascuna qualità è rivestita come segue: prima di tutto abbiamo un rivestimento esterno in nitruro di titanio (TiN) color giallo brillante, per rilevare facilmente l'usura.

Al di sotto dello strato di TiN troviamo il rivestimento di allumina (Al2O3) Inveio. È proprio questo a rendere unica la tecnologia Inveio. Il rivestimento è visibile solamente esaminando la superficie del materiale a livello microscopico. Ciascun cristallo nel rivestimento di allumina è allineato nella stessa direzione, creando una robusta barriera verso la zona di taglio. Questa tecnologia conferisce all'inserto un'elevata resistenza all'usura e una maggiore durata utensile. Nel nuovo rivestimento Inveio di seconda generazione, la resistenza all'usura è stata migliorata notevolmente.  Infine c'è uno strato di rivestimento colonnare interno in carbonitruro di titanio depositato a media temperatura (MT-TiCN), che conferisce una maggiore resistenza contro l'usura abrasiva.

Sotto tutti gli strati di rivestimento troviamo un substrato in metallo duro cementato, bilanciato per conferire un'elevata robustezza e una tenacità affidabile, con gradiente superficiale arricchito di cobalto per una maggiore sicurezza del processo.

Il substrato degli inserti e il rivestimento sono stati sviluppati per garantire una maggiore resistenza alle alte temperature e quindi ridurre gli effetti che provocano un'usura eccessiva. In ogni caso, il modello di usura ottimale per qualunque inserto è rappresentato dall'usura controllata sul fianco, che è associata a una durata prevedibile dei taglienti. La qualità ideale deve pertanto avere caratteristiche tali da limitare al massimo le tipologie di usura indesiderate e, in alcune operazioni, prevenirle del tutto.

Oltre a tutto ciò, è importante anche utilizzare portautensili con adduzione interna di refrigerante di precisione. Gli utensili di tornitura più moderni sono dotati di adduzione interna di refrigerante per ridurre la temperatura e favorire il controllo truciolo durante la tornitura. Le qualità dotate di rivestimenti spessi, come le qualità CVD GC4415 e GC4425 per materiali ISO P, presentano una buona protezione dal calore. Queste qualità possono, nelle applicazioni di sgrossatura fino a quelle medie, ottimizzare la durata utensile con il refrigerante sotto l'inserto.

Usura prevedibile
In ogni caso, il modello di usura ottimale per qualunque inserto è rappresentato dall'usura controllata sul fianco, che è associata a una durata prevedibile dei taglienti. Di conseguenza, la qualità ideale deve essere in grado di limitare al massimo le tipologie di usura indesiderate – e, in alcune operazioni, prevenirle del tutto.

Entrambe le qualità GC4415 e GC4425 hanno già dimostrato di poter offrire vantaggi straordinari. Nel confronto con un inserto concorrente, la qualità in metallo duro GC4425 ha registrato una durata utensile di 270 pezzi, notevolmente superiore ai 150 della concorrenza. Grazie alle migliorie introdotte con la nuova qualità GC4425, gli utenti potranno osare di più e utilizzare dati di taglio superiori. Questa qualità, infatti, garantisce un'elevatissima sicurezza del processo grazie alla capacità di mantenere intatto il filo tagliente.

Un cliente attivo nell'industria automobilistica ha messo alla prova GC4425 e un inserto concorrente. Le qualità sono state impiegate per lavorare un acciaio ISO P non legato con una durezza Rockwell di 172 HB, al fine di realizzare l'albero principale di un veicolo. La barra d'acciaio è stata lavorata in un processo continuo che includeva taglio, sgrossatura e semifinitura.

Utilizzando l'utensile concorrente, il costruttore è riuscito a portare la durata utensile a 150 pezzi (pz), ma con la tecnologia Inveio di seconda generazione di Sandvik Coromant questa è arrivata a 270 pezzi. Inoltre, l'inserto concorrente presentava gravi problemi di craterizzazione, mentre quello di Sandvik Coromant ha prodotto l'80% di pezzi in più con un'elevata sicurezza del processo e un'usura sul fianco stabile e prevedibile.

Ma i vantaggi di Inveio vanno ben oltre le applicazioni dell'industria automobilistica. Un cliente che opera nell'ingegneria generale ha utilizzato gli inserti in metallo duro di Sandvik Coromant per lavorare un acciaio ISO P non legato, questa volta con una durezza di 205 HB. Il pezzo è stato sottoposto a un'operazione di tornitura assiale esterna continua e semifinitura. L'inserto concorrente si è usurato per via della deformazione plastica, mentre la qualità GC4425 Sandvik Coromant è durata il 50% più a lungo con un'usura stabile e prevedibile.

Aumento della produttività
C'è un'altra innovazione che i costruttori possono prendere in considerazione per aumentare la produttività delle operazioni di tornitura dell'acciaio: la tornitura in tutte le direzioni. Con PrimeTurning™ Sandvik Coromant ha introdotto una nuova metodologia, composta da una combinazione di metodo e utensili, per consentire ai clienti di eseguire la tornitura in tutte le direzioni: un'alternativa alla tornitura convenzionale molto più efficiente e produttiva.

Prima di tutto, la soluzione richiede l'impiego degli utensili CoroTurn® Prime di Sandvik Coromant, progettati per la tornitura in tutte le direzioni. Questi includono gli utensili di tipo A per operazioni di sgrossatura leggera, finitura e profilatura e gli utensili di tipo B per la sgrossatura. L'utensile scelto viene quindi utilizzato in combinazione con un generatore di percorsi utensile online dedicato, che fornisce codici e tecniche di programmazione per assicurare la corretta impostazione di parametri e variabili per una data applicazione.

Questo innovativo metodo di tornitura consente di aumentare la produttività e la durata utensile. Attraverso la combinazione tra utensili da taglio e dati precisi, i clienti di Sandvik Coromant hanno potuto ottenere angoli di registrazione più piccoli, aumentare l'efficienza di utilizzo del tagliente e azzerare gli intasamenti da truciolo.

Queste sono alcune delle innovazioni che potrebbero rivestire un ruolo fondamentale nel superamento delle sfide affrontate dai costruttori di componenti in acciaio. Si riveleranno essenziali per consentire ai costruttori di dimostrare la resilienza necessaria ad affrontare questa nuova normalità senza precedenti, rimanendo competitivi nonostante gli effetti del COVID-19 sulla produzione.

Sandvik Coromant
Sandvik Coromant, che fa capo al gruppo globale di industrial engineering Sandvik, è all'avanguardia negli utensili per asportazione truciolo, nelle soluzioni di lavorazione e nel know-how e mette a segno sempre nuovi standard, con innovazioni in grado di soddisfare le esigenze del settore della lavorazione dei metalli, orientandoli verso la prossima era industriale. I notevoli investimenti in R&S, nonché in servizi di formazione e le forti partnership con i clienti assicurano lo sviluppo di tecnologie di lavorazione innovative che continueranno a plasmare il futuro dell'industria manifatturiera indicando nuove strade da seguire. Sandvik Coromant detiene oltre 3100 brevetti in tutto il mondo, impiega più di 7.900 persone ed è presente in 150 paesi.
Per ulteriori informazioni, visitare il sito www.sandvik.coromant.com/it


GC4425 è una delle nuove qualità in metallo duro per la tornitura di materiali ISO P che Sandvik Coromant ha introdotto nella propria gamma.


GC4415 e GC4425 sono dotate della tecnologia Inveio®, un rivestimento di allumina CVD (deposizione chimica mediante vapore) con struttura testurizzata sviluppato per la lavorazione.


Ciascun cristallo nello strato di rivestimento Inveio® è allineato nella stessa direzione, creando una robusta barriera verso la zona di taglio.


Un produttore attivo nell'industria automobilistica, che stava realizzando un albero principale come quello illustrato, è riuscito a lavorare l'80% di pezzi in più grazie alla qualità in metallo duro GC4425.


Il generatore di percorsi utensile online di Sandvik Coromant fornisce codici e tecniche di programmazione specifici per una data applicazione di lavorazione.