Stampaggio a caldo: la “rigenerazione” degli stampi

Tecnologie di lavorazione
Applicazioni
Stampaggio a caldo
La “rigenerazione”
degli stampi
Lo stampaggio a caldo è
l’operazione con la quale,
mediante un attrezzo
con il negativo della forma
di un pezzo, si realizza
quest’ultimo in modo
rapido, anche in materiali
altoresistenti
di Giovanni Fossombroni
(In alto) - La produzione della Verri e Pina: stampati
d’acciaio del peso da pochi grammi a 3 kg, per gli
impieghi più svariati. Si tratta di prodotti sempre
d’acciaio di qualità (dal C45 agli acciai legati o
inossidabili AISI 304 e 316, fino a leghe speciali come
Inconel, Monel il cui stampaggio è particolarmente
impegnativo ed esige stampi di grande resistenza)
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Stampi
maggio 2008
L
o stampaggio a caldo è un processo caratterizzato da fortissime sollecitazioni imposte allo
stampo: fra tutti gli stampi oggi
in uso, quelli dedicati a questo
processo sono quindi quelli probabilmente
più sollecitati in assoluto. Si tenga presente
che lo stampaggio a caldo avviene a temperature di molte centinaia di gradi, al calor
rosso: vi sono quindi anche forti sollecitazioni termiche che si sovrappongono a quelle
meccaniche.
Pertanto, per la costruzione di questi stampi
si utilizzano gli acciai per utensili delle resistenze più elevate: essi, però, presentano anche le maggiori difficoltà di lavorazione.
Specializzata nella produzione di stampati a
caldo è la Verri e Pina S.r.l. di Canzo (CO) che
provvede in proprio anche alla fabbricazione
dei necessari stampi: con la doppia esperienza di produttrice di stampi e di stampati,
essa è quindi in possesso dell’intera tecnologia del settore.
Tutti i problemi a ciò relativi sono pane quotidiano per quest’azienda che, con una quarantina di dipendenti, realizza una produzione annua di circa 2300 t di stampati di
precisione.
Le difficoltà che si incontrano nella fabbricazione d’origine di questi stampi sono però soltanto una parte di quelle che l’azienda deve affrontare: lo stampaggio a caldo è
un’operazione – abbiamo detto – molto impegnativa e fortemente usurante per lo stampo. In effetti, questi attrezzi hanno durate relativamente molto limitate: ci dice Andrea Pina, responsabile di produzione in azienda:
«Nello stampaggio di comuni acciai al carbonio, uno stampo può produrre anche parecchie migliaia di pezzi. Nel caso invece di
acciai legati si scende drasticamente, anche
a meno di 1000 pezzi che si riducono addirittura a un centinaio nel caso di materiali altolegati o leghe speciali quali per esempio
Inconel e simili».
Uno stampo usurato fornisce pezzi “fuori
tolleranza”: a questo punto esso dev’essere “rigenerato”ossia sottoposto a “rigenerazione” con lo stesso programma della prima
lavorazione, ma con abbassamento dell’impronta di una quantità che varia da 2-3 mm
a molti mm secondo il grado di usura dell’impronta stessa e l’eventuale presenza di
cricche termiche o da fatica.
Le difficoltà della rigenerazione non sono però le stesse della prima lavorazione: la fresa
si trova ad operare in condizioni di continuo
taglio interrotto e, inoltre, lavora su un materiale affaticato e dai comportamenti non
sempre prevedibili.
Queste rigenerazioni non sono per niente casi rari: la produzione della Verri e Pina è continua e consistente e l’operazione è quindi
richiesta con gran frequenza.
Tutti questi problemi sono stati risolti fino a
qualche tempo fa con fresatrice e centri di
lavoro più meno tradizionali e con risultati
tecnicamente validi ma non soddisfacenti
sotto l’aspetto dei tempi di lavorazione e dei
relativi costi.
«Poco più di un anno fa – continua Andrea
Pina – abbiamo voluto risolvere il problema.
Un’ampia ricerca di mercato mirata a macchine adeguate, ha fatto emergere vari centri
di lavoro di buone caratteristiche. Su quelli
più promettenti abbiamo fatto eseguire prove
di lavorazione (e di rigenerazione) su nostri
stampi e con nostri materiali, quindi in condizioni davvero realistiche.
La valutazione finale dei risultati ci ha portato
a scegliere il centro di fresatura Röders RXP
800, ora in servizio da circa un anno, con risultati eccellenti».
Un aspetto dello stampaggio
a caldo alla Verri e Pina
Ci sembra interessante vedere da vicino questa macchina (che è un centro di lavoro ma
per il quale l’azienda costruttrice preferisce
la denominazione di “centro di fresatura”) e
che, in realtà, s’impone all’attenzione per numerose caratteristiche d’avanguardia.
Centro di fresatura ad alta
velocità, per stampisti
Questa fresatrice – così come tutte le macchine Röders – risente profondamente della
sua origine: l’azienda tedesca che la produce è in realtà uno stampista, un grandissimo stampista con produzione dell’ordine
di parecchie migliaia di stampi l’anno. Questi centri di fresatura sono nati – all’origine
– per le esigenze proprie dell’azienda ossia
sono state progettate specificamente per
la stessa e per le particolari esigenze della
sua produzione costituita, allora, esclusivamente da stampi.
La totale rispondenza dei primi esemplari
alle esigenze di quella produzione ha poi
indotto l’azienda ad offrire quelle macchine sul mercato. Il successo incontrato (oltre 1000 macchine installate nel mondo in
pochi anni (e 170 prodotte solo nel 2007)
Lavorazione di un attrezzo per stampaggio a caldo
ha dato vita a un’attività che si è affiancata a quella tradizionale della Casa ossia la
fabbricazione di stampi.
Ciò premesso, veniamo alla macchina operante alla Verri e Pina.
La figura 5 (macchina carenata) e la figura 6 (macchina senza carenatura) mettono bene in evidenza la razionale struttura dell’unità.
Si tratta di un centro di fresatura verticale
con corse X/Y/Z pari a 800/600/400 mm,
tavola da 900 x 700 mm con carico ammissibile di 800 chili, mandrino da 17 kW e velocità di 36.000 giri/min per utensili diametro massimo 20 mm. Singolarmente limitata
è l’area impegnata a terra (2,8 x 3,9 metri)
e, per contro, notevole il peso di 12 t risultante dalla costruzione massiccia in ghisa
e non in lamiera elettrosaldata.
Notevoli anche le prestazioni: gli avanzamenti massimi sono di 60 m/minuto in contornatura (su tutti gli assi) grazie all’azionamento mediante motori lineari su tutti gli
assi); la struttura a portale offre una grande
rigidità; l’asse Z è bilanciato con un originale e brevettato sistema a depressione; la
grande stabilità della macchina giova natu-
Attrezzi per stampaggio a caldo di produzione
Verri e Pina. Soggetti a rapida usura, questi stampi
sono periodicamente sottoposti a rigenerazione
(mediante nuova fresatura e abbassamento
dell’impronta)
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La macchina Röders privata
della carenatura mette in
evidenza la razionale struttura.
Si notano in alto i due cilindri
(rossi) dell’originale sistema
di equilibratura del mandrino
(brevetto mondiale Röders)
Tecnologie di lavorazione
Applicazioni
ralmente anche alla durata degli utensili e
alle finiture superficiali raggiungibili (sebbene questa caratteristica non sia molto richiesta alla Verri e Pina dato che gli stampi
prodotti sono destinati allo stampaggio a
caldo); la macchina può eseguire indifferentemente sgrossatura e finitura su acciai
e normali e temprati, rame e grafite: per la
lavorazione di quest’ultimo materiale, per
la macchine è previsto uno speciale sistema di aspirazione. Ma l’alta precisione di
questo centro ne permette l’utilizzo anche
come macchina di misura: allo scopo per
essa sono previsti tastatori e un particolare software per quella funzione.
Nelle lavorazioni intensive a forte potenza
e velocità, i mandrini, benché raffreddati,
tendono ad allungarsi: gli errori conseguenti sono annullati dalla Röders grazie ad un
Il centro di fresatura Röders installato alla Verri e Pina
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Stampi
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sensore senza contatto che rileva l’allungamento e ne determina l’automatica
compensazione.
L’intera macchina
si avvale di un sistema di lubrorefrigerazione minimale
oppure, a scelta, con
emulsione.
Al di là dei dati generali, que- sto
centro di fresatura presenta una
serie di particolarità che lo distinguono dalle migliori macchine
della categoria oggi sul mercato.
Vediamole in breve.
Le unità della famiglia RXP (articolata sui
modelli “300”, “500”, “800” e “1200” con
alcuni sottotipi)
dispongono di motori lineari
che imprimono alle parti mobili accelerazioni da 1,5g a 2 g.
Questa proprietà interessa anche i motori rotativi e annulla gli attriti e gli errori di
trascinamento propri delle viti a sfere: ne
conseguono agilità e velocità di spostamento che riducono i tempi di lavorazione
ma migliorano anche la qualità del pezzo
lavorato.
Il sistema di compensazione del peso dell’asse Z si avvale, come detto, di un dispositivo brevettato a vuoto pneumatico: l’asse
Z diventa a peso zero garantendo il massimo equilibrio in ogni punto della corsa,
senza inezie o attriti.
Un sistema di controllo dell’utensile (misurazione di diametro, lunghezza e profilo
utensile con sistema laser) è integrato nel
magazzino utensili e permette di verificare
integrità e usura di ciascun utensile.
Queste macchine sono fornibili con mandrini di potenza fino a 22 kW velocità che
vanno da 30.000 a 70.000 giri/minuto. Il
magazzino utensili può contenere fino a
199 dei posti a cambio automatico.
Andrea Pina, responsabile di produzione alla Verri e Pina
Queste macchine possono essere equipaggiate a richiesta con sistemi di pallettizzazione con pallet di vari modelli e dimensioni. Ma sono anche predisposte per la lavorazione di grafite, resine, ossido di zirconio
e, in genere, di tutti materiali capaci di produrre polveri.
Le macchine permettono inoltre di effettuare controlli dimensionali e geometrici: se attrezzate con opportuni tastatori, per esempio Renishaw) esse diventano vere macchine di misura col risultato di permettere la
lavorazione completa di pezzi, fino alla rettifica a coordinate su certe parti e il controllo
finale completo in un solo piazzamento del
pezzo, quindi con annullamento degli errori
di riposizionamento e riduzione al minimo
dei tempi di lavoro complessivi.
Menzione speciale merita il CNC di questa
macchina, anch’esso non d’acquisto bensì
concepito specificamente per la lavorazione di stampi. Basato su PC, questo potente
controllo ha un tempo di elaborazione inferiore a 0,1 millisecondi e dispone di una funzione “look ahead” estesa a 10.000 blocchi
di istruzioni essendo però di facile impiego
grazia alla tecnologia Windows.
Esempio delle prestazioni del CNC Röders: come una polilinea disegnata a CAD
viene vista dal CAM e come viene corretta e compensata dal controllo Röders
Tra le funzioni standard vi sono interpolazione di percorsi dati e di spline, “jerk free”
e “smooth path”. La figura 9 mostra come
una traiettoria (polilinea) disegnata a CAD
viene vista dal CAM e come viene corretta
e compensata dal controllo Röders.
Conclude Andrea Pina: «Il centro di fresatura Röders è di nostra piena soddisfazione sotto ogni aspetto, anche sotto quello
dell’assistenza: la Ridix (Torino), la Casa
italiana che distribuisce queste macchine
Il pulpito del CNC Röders: di originale concezione
della Casa, questo controllo è stato concepito
specificamente per le esigenze della lavorazione
di stampi
nel nostro Paese, ci segue con attenzione
e sollecitudine. Interventi di riparazione non
abbiamo mai dovuto richiederne ma abbiamo invece avuto modo di approfittare della “assistenza tecnologica” della Röders,
assistenza che ci è stata di grande aiuto e
che ci ha anche avviato a scoprire nuove
procedure di programmazione e di lavoro
e a impadronirci della tecnologia dell’alta
velocità».
Infatti, ben conoscendo la complessità della tecnologia HSC, Röders ha messo in atto
misure atte ad assistere gli utilizzatori delle
proprie macchine anche con l’assistenza
tecnologica, in particolare per la programmazione dei percorsi utensili più complicati. Le aziende che non dispongono ancora di esperienza adeguata in quel campo,
possono quindi giovarsi di quest’assistenza
che può svolgersi perfettamente via modem
per realizzare fin dal primo giorno programmi da esperti dell’alta velocità.
Contemporaneamente, Röders assicura anche la formazione dei programmatori dei
suoi clienti per metterli in grado di operare
presto in modo autonomo ma sicuro e con
ottimi risultati.
Q
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