La presenza di vibrazioni è una delle più frequenti cause di inefficienza produttiva nelle lavorazioni meccaniche. Le vibrazioni portano a una superficie poco rifinita e a scarsa precisione, causano minore durata dei taglienti degli utensili ed intense sollecitazioni delle parti critiche della macchina. Per prevenire questi effetti negativi, le officine tendono ad utilizzare costosi dispositivi anti-vibrazione e, in molti casi, a ridurre i parametri di taglio, aumentando i costi di produzione e riducendo l’efficienza della lavorazione meccanica.
Nelle lavorazioni meccaniche con asportazione di truciolo, eliminare le vibrazioni è un fattore molto importante per migliorare i risultati. Ci sono diverse tecniche utilizzate, che vanno dalla modifica dei metodi di fissaggio del pezzo, con serraggi più rigidi, fino all’ adozione di mandrini anti-vibranti, passando per una corretta selezione dei sistemi di utensileria e delle strategie di taglio. Comunque sia, se vengono rilevate vibrazioni durante il processo di taglio, la reazione è immediata e, molto spesso, il primo rimedio considerato è la riduzione dei parametri di taglio, sebbene questo approccio non affronti le cause della vibrazione, ma semplicemente tenda a mitigarne l’effetto, pur con una ricaduta negativa dell’output di produzione. E’ evidente l’importanza di assicurare un taglio stabile in un’ampia gamma di applicazioni, senza una considerevole perdita di produttività.
Il fan del motore per l’Airbus 320 è un tipico prodotto che per le sue dimensioni (grande diametro e spessori sottili) e per i gradi di precisione richiesti crea grossi problemi di vibrazioni
Nel caso della fresatura, il problema “vibrazioni” emerge ancora più chiaramente. Infatti, la fresatura può essere vista come una lavorazione a taglio “continuamente interrotto“, dove carichi e profondità di taglio sono modificati di continuo, dunque fonte di vibrazioni forzate e auto-generate. In casi estremi, le vibrazioni autoindotte possono generare il fenomeno della risonanza armonica del sistema macchina-utensile-pezzo, fenomeno estremamente pericoloso ed insidioso.
Le vibrazioni possono essere di diversi tipi ma essenzialmente si può parlare di vibrazioni forzate, di cui non ci si può liberare, e di Chatter auto rigenerativo. Quest’ultimo è il più pericoloso perché, durante la lavorazione, induce vibrazioni, anche di forte intensità, che danneggiano l’utensile e i componenti della macchina, come per esempio i cuscinetti del mandrino, andando ad impattare così sul risultato della lavorazione stessa, sia dal punto di vista della qualità che della produttività.
Le vibrazioni forzate sono direttamente legate al comportamento dinamico della macchina utensile, che non è un sistema rigido, mentre le vibrazioni auto-rigenerative sono dovute alla caratteristica dinamica della macchina utensile, senza esserne legate direttamente, ma dipendono dallo spessore del truciolo e dalla superficie lavorata. Durante la lavorazione, l’utensile percorre una traiettoria reale che dipende dalle caratteristiche reali del sistema, quindi occorre considerare che la macchina utensile non è un sistema rigido, le forze di taglio “deformano” la macchina e la posizione effettiva del tagliente dipende dal comportamento dinamico della macchina. Premesso ciò, durante la lavorazione le vibrazioni forzate che si generano tra pezzo e utensile marcano la superficie con delle ondulazioni che vanno ad influenzare lo spessore del truciolo nelle passate successive, portando alla generazione di altre vibrazioni che, a loro volta, marcheranno ulteriormente il pezzo. Si genera allora un truciolo con spessore variabile e si instaureranno forze variabili nel tempo. Considerando l’andamento della superficie e l’oscillazione delle forze, se l’ondulazione non è in fase, si genera instabilità.
sistemi di appoggio antivibrazioni per la lavorazione dei fan in titanio per i motori aeronautici
Da molti anni affrontiamo questi problemi a fianco dei nostri clienti e molte sono le soluzioni che abbiamo studiato e realizzato, dai sistemi di presa, agli steli antivibranti, ai sistemi di appoggio, soluzioni sempre pensate per non essere costretti a diminuire i parametri di lavorazione e mantenere un controllo efficace sul tempo ciclo.
Due esempi di come abbiamo affrontato e superato problemi di vibrazioni sono i sistemi di appoggio creati per la tornitura delle flange in titano dei fan per i motori aeronautici, o le maschere modulari antivibrazione per il fissaggio su cubi palettizzati di corpi pompa da lavorare su centri di lavoro
MECSPE 2017