Il taglio dei metalli è una scienza esatta, che richiede sottili variazioni per ottenere i migliori risultati possibili con ciascun materiale. Al momento, però, viviamo in tempi tutt’altro che esatti: secondo gli analisti, l’industria si deve preparare all’imprevedibilità del mercato — la “nuova normalità” — causata dalla pandemia da COVID-19. In questa sede Rolf Olofsson, Product Manager presso Sandvik Coromant, ci spiega in che modo il processo di tornitura dovrebbe cambiare in base al materiale e come questo può aiutare i costruttori ad adattarsi ai tempi incerti che ci attendono.
Si può affermare che, con il COVID-19, l’industria abbia sperimentato quello che si definisce un “cigno nero” — un evento imprevedibile e dal forte impatto, con conseguenze sulla collettività.
Nell’epoca della nuova “normalità”, sono due gli scenari che i produttori si sono trovati ad affrontare. Alcuni hanno registrato un aumento della domanda, ottenendo un notevole slancio durante il lockdown, come ad esempio i settori essenziali: produzione alimentare, industria farmaceutica, ecc. In questi casi, occorrono soluzioni di attrezzamento in grado di contribuire ad aumentare i volumi di truciolo asportato, ridurre i tempi ciclo e favorire il cambio rapido dei lotti di produzione.
Altri costruttori, invece, hanno dovuto constatare un grave calo della domanda. Questi necessitano di 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. Alcune aree della produzione di massa, ad esempio, hanno quasi dovuto interrompere le attività.
In entrambi i casi, la chiave per una tornitura redditizia consiste nel disporre della migliore configurazione utensili, dalla macchina al tagliente, e nel saperla utilizzare in modo corretto.
Inoltre, i costruttori devono sostenere tali obiettivi nel lungo termine; dopotutto, non c’è modo di sapere per quanto tempo dovremo convivere con questo “cigno nero”. 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. D’altra parte, il report “COVID-19: What it means for industrial manufacturing” di Pricewaterhouse Coopers (PwC) consiglia alle aziende di ampliare i propri orizzonti in altri settori (e sfruttare i nuovi flussi di cassa), che siano obbligate a farlo dal declino dei mercati o semplicemente perché intravedono un’opportunità.
Inoltre, è fondamentale che costruttori e officine siano abbastanza flessibili da riuscire a gestire non soltanto gli effetti della pandemia globale, ma anche il prossimo “cigno nero”.
Flessibilità della produzione
Ma cosa deve fare un produttore per essere flessibile? La flessibilità si compone di svariati fattori, tra cui cambi più rapidi tra i lotti, scorte ottimizzate o ridotte e la minimizzazione del numero di fermi necessari per la sostituzione degli inserti usurati.
Al fine di ottenere tale flessibilità, la scelta delle soluzioni di tornitura dell’acciaio — inclusi gli inserti — sarà fondamentale per raggiungere nuovi livelli di efficienza. Al momento, molti riconoscono l’importanza della qualità scelta per gli inserti. Tuttavia, molti non sanno che considerare l’intera soluzione di attrezzamento, dalla qualità dell’inserto ai portautensili fino alle soluzioni di bloccaggio, può influire sulla produttività, contribuire a ridurre i costi e a conseguire livelli più elevati di sicurezza del processo.
Questo vale anche per la lavorazione di materiali tenaci, riguardo i quali i clienti di Sandvik Coromant chiedono supporto. Tra questi, i sottogruppi di materiali ISO P, compresi l’acciaio non legato o debolmente legato, per i quali le qualità GC4415 e GC4425 sono particolarmente adatte. Capire le differenze tra i vari materiali è essenziale per ottenere i migliori risultati.
In termini generali, ogni costruttore mira a raggiungere almeno tre dei seguenti obiettivi: maggiori volumi di truciolo asportato, maggior numero di pezzi per tagliente, tempi ciclo ridotti, scarti minimizzati e scorte ottimizzate. Per i costruttori, questo implica anche avere la capacità di lavorare più componenti in acciaio utilizzando la stessa qualità.
Se gli obiettivi appaiono relativamente semplici, nel gruppo ISO P non lo sono affatto. I metalli ISO P presentano una serie di proprietà che possono rivelarsi difficili da gestire. Invece, quando si lavora una HRSA del gruppo S, è più probabile incorrere in problemi di bassa conduttività termica, il che provoca la concentrazione del calore nella zona di taglio e di conseguenza la deformazione dell’utensile. Preso singolarmente, il problema è relativamente facile da contrastare, ma quando un materiale del gruppo ISO P presenta più proprietà di questo tipo, la sua gestione può complicarsi notevolmente.
Ad esempio, cosa succederebbe se un materiale presentasse le proprietà di adesione di un acciaio debolmente legato insieme a un’insolita conduttività termica, come descritto nel documento Best Practice Guidelines for Structural Fire Resistance Design of Concrete and Steel Buildings, redatto dalla specialista dei materiali Therese McAllister? Non sempre un unico utensile è in grado di risolvere entrambi i problemi senza causare un’usura eccessiva.
Il problema fondamentale è che tagliare un metallo non è come tagliare un materiale a bassa resistenza — l’utensile non lo taglia in due: invece, si continua ad applicare pressione finché il materiale non viene rimosso sotto forma di trucioli. Questo processo genera una gran quantità di calore e attrito, oltre che una serie di reazioni chimiche che possono causare usura diffusa e craterizzazione. Perfino la pressione stessa può risultare dannosa.
Quindi, anche se molti clienti mirano a ottenere almeno tre dei cinque obiettivi elencati, applicare parametri di taglio aggressivi per aumentare la velocità non sarà sufficiente a raggiungerli tutti. Basta chiedere a un’officina che realizza componenti ad alta precisione per il settore aerospaziale e dei cuscinetti, o a un costruttore che tenta di raggiungere i propri obiettivi di riduzione del consumo energetico e delle emissioni di carbonio.
Detto ciò, parafrasando i Corinzi, non esiste una soluzione universale. La gestione del prossimo “cigno nero” sarà tutta una questione di flessibilità.
Redditività e flessibilità nella tornitura dell’acciaio
Sandvik Coromant ha compiuto notevoli sforzi di ricerca e sviluppo per risolvere queste sfide. Di conseguenza, l’azienda ha introdotto due nuove qualità in metallo duro per la tornitura dei materiali ISO P, denominate GC4415 e GC4425.
A tal fine, Sandvik Coromant si è concentrata sulla tecnologia Inveio® di seconda generazione. La prima generazione di Inveio è una tecnologia rivoluzionaria basata sull’orientamento unidirezionale dei cristalli nello strato di rivestimento di allumina, che conferisce agli inserti una resistenza all’usura e una durata utensile senza precedenti.
Nella tecnologia di seconda generazione, l’orientamento dei cristalli è stato ulteriormente migliorato, per fornire una maggiore resistenza all’usura e una migliore uniformità in termini di qualità e prestazioni. Queste caratteristiche, inoltre, contribuiscono a migliorare la resistenza al calore e la tenacità, espandendo la gamma di applicazioni e consentendo a officine e costruttori di contrastare i problemi della tornitura di materiali ISO P, raggiungendo nel frattempo i cinque obiettivi fondamentali elencati in precedenza. Inoltre, queste soluzioni forniscono un livello di flessibilità impareggiabile — un utensile adatto sia alla produzione in serie che in lotti.
Oltre alle applicazioni di ingegneria generale, questa novità risulterà utile anche nei settori automotive, aerospaziale, Oil and Gas, della generazione di energia e della produzione di cuscinetti. Stiamo già lavorando con alcuni partner che hanno utilizzato le nostre nuove qualità in metallo duro per la tornitura di materiali ISO P in applicazioni che includono la lavorazione interna ed esterna, dalla finitura alla sgrossatura, in applicazioni con tagli continui e leggermente interrotti.
Un esempio proviene da un cliente attivo nel campo dell’ingegneria generale, che ha utilizzato l’inserto in metallo duro GC4425 di Sandvik Coromant per la produzione di rulli a pressione. La GC4425 è una qualità studiata per migliorare la resistenza all’usura, la resistenza al calore e la tenacità. Inoltre, permette di lavorare con dati di taglio superiori. L’inserto è stato utilizzato su un materiale ISO P, una designazione che spazia dai materiali non legati a quelli fortemente legati, complessi e difficili da lavorare, con una durezza media di 205 HB sulla scala di Brinell.
Il pezzo è stato sottoposto a un’operazione di tornitura assiale esterna continua e semifinitura La velocità di taglio (vc) è stata di 200 m/min (656 piedi/min), mentre quella di avanzamento (fn) di 0,4 mm/giro (0,015 poll./giro) con una profondità (ap) di 4,0 mm (0,15 poll.). L’inserto concorrente ha registrato una durata utensile equivalente a soltanto 12 pezzi prima di usurarsi a causa della deformazione plastica. L’inserto GC4425, invece, è durato per il 50% più a lungo, fornendo un’usura stabile e prevedibile.
Non sappiamo esattamente in cosa consisterà questa “nuova normalità”, dopo la pandemia globale. Ma conosciamo gli obiettivi dei nostri clienti e comprendiamo la scienza esatta del taglio dei metalli. La combinazione di queste due cose ci permette di fornire gli utensili necessari a favorire la redditività della tornitura in futuro — sfruttando il massimo potenziale del taglio dei metalli, perfino di fronte a un “cigno nero”.
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