soluzioni criogeniche nella lavorazione dei metalli: pro e contro

06/12/2016 17:52:47

Soluzioni criogeniche

Impiegate in misura sempre più massiccia dall’industria manifatturiera, le soluzioni criogeniche sono il frutto della costante attività di ricerca e sviluppo che contraddistingue il settore della produzione di macchine utensili. A beneficiarne sono le operazioni di taglio, fresatura e sgrossatura tipiche del lavoro metalmeccanico o metallurgico, che ne esce considerevolmente ottimizzato.

Cosa s’intende esattamente per “soluzioni criogeniche”?
Scopriamolo nel dettaglio, prima di indagare il grado di evoluzione della tecnologia che ne è alla base e le sfide che impone ai sistemi di lavorazione attuali.

Cos’è la lavorazione criogenica?

La lavorazione criogenica, o cryo-machining, è una procedura di asportazione del truciolo di metallo che sfrutta il potere di raffreddamento dell’azoto liquido. Durante la fresatura, l’adduzione del gas liquido localizzata alla zona di taglio consente prestazioni molto più elevate rispetto a quelle garantite dalle tradizionali emulsioni lubro- refrigeranti. L’innovativa tecnologia di raffreddamento criogenico è particolarmente indicata per la sua produttività qualora si debbano realizzare componenti in lega di titanio o a base di nichel, largamente impiegate nei settori aerospace, automotive e oil & gas.

La lavorazione di questi metalli richiede la rapida rimozione di grandi quantità di truciolo da prismi grezzi ma, a causa della loro bassa conducibilità termica, il calore sviluppato durante le fasi di fresatura e sgrossatura non riesce a diffondersi in modo ottimale nella zona di taglio. Queste condizioni, oltre a provocare una rapida usura delle macchine utensili, compromettono la qualità stessa dell’operazione. Per ovviare a quest’inconveniente di solito si ricorre all’adduzione di abbondanti quantità di emulsione lubro-refrigerante - soluzione che, però, non è ottimale né dal punto di vista ecologico (necessità di smaltire l’olio impiegato) e salutare (produzione di vapori d’olio nell’ambiente di lavoro), né da quello produttivo.

L’impiego di olii impone, infatti, il lavaggio accurato dei pezzi lavorati, il che rallenta notevolmente la produzione. Grazie all’adduzione precisa e localizzata di azoto liquido presso la zona di taglio, invece, si evitano perdite, evaporazioni ed effetti collaterali sui pezzi lavorati, come l’indurimento.L’adozione delle soluzioni criogeniche, dunque, consente non solo di migliorare le prestazioni di taglio e fresatura, ma anche di salvaguardare l’ambiente e la salute dei lavoratori.

Le sfide del cryo-machining

La tecnologia criogenica può essere applicata in ambito metallurgico e metalmeccanico sia progettando sistemi di fresatura ad hoc, sia adattando macchinari già esistenti. La prima soluzione è più costosa, ma anche più efficiente; la seconda, oltre ad essere più economica, consente una maggiore flessibilità. In entrambi i casi, l’efficacia dipende dalla precisione della localizzazione del flusso d’azoto in prossimità dell’area di taglio, a sua volta legata all’approccio operativo scelto per realizzare il raffreddamento criogenico.

Due sono i metodi possibili. Il primo consiste nella realizzazione di speciali mandrini (attrezzi delle macchine che sostengono gli utensili) che, attraversati dal fluido criogenico, lo trasmettono direttamente all’utensile. Questo flusso diretto snellisce l’intero ciclo di lavoro, ma attrezzi simili sono molto delicati e richiedono alti costi, sia in caso di realizzazione ex novo, sia in caso di riconversione. Il secondo metodo comporta l’intercettazione del fluido solo a valle del mandrino: un’altra attrezzatura rotante trasmette il fluido all’interno dell’utensile, che poi eseguirà l’adduzione localizzata. Questa soluzione, se da un lato non contribuisce a snellire il processo, dall’altro è più facile da realizzare, più economica e più flessibile. Applicabile a macchine funzionanti in modo tradizionale, infatti, essa può essere adottata anche per effettuare valutazioni di prestazione in seno a progetti di ricerca.

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