Qualità nei minimi dettagli nella lavorazione blisk e nella lavorazione di pale di turbine

La tecnologia di calettamento Haimer conferisce maggiore precisione ai centri di lavorazione Starrag

Per l’asportazione truciolo di elementi di turbine come pale e blisk l’industria dell’aviazione si fida da tempo della qualità offerta dalla Starrag. Quasi nessun altro fornitore conosce in modo così dettagliato le esigenze e può fornire da un’unica fonte soluzioni di produzione complete di software, dispositivi di serraggio, mandrini e dispositivi periferici.

L’azienda svizzera fa molta attenzione affinché anche i subfornitori contribuiscano a portare la migliore qualità. E si fidano per esempio dei mandrini a calettamento e degli apparecchi della Haimer.

Nella sede principale del Gruppo Starrag a Rorschacherberg in Svizzera (ulteriori informazioni nel riquadro con il testo) ha origine anche il marchio del prodotto Starrag. La compagnia è principalmente rivolta all’industria aerospaziale ed energetica ed offre centri di lavorazione a cinque assi con elevata asportazione trucioli per la produzione di pale di turbine, di giranti, di blisk e di altre parti strutturali complesse ad alta precisione.

L’industria aeronautica rientra già dagli inizi del ventesimo secolo tra i mercati di riferimento per le macchine utensili Starrag, che si distinguono già da allora per la loro struttura rigida e robusta e per le elevate ambizioni dal punto di vista tecnologico. Così non sorprende che Starrag negli anni ‘60 fosse già tra i pionieri della lavorazione simultanea a cinque assi. Un vantaggio di Know How che trova riscontro nel programma ambizioso di prodotti di oggi. Esso comprende tipi di macchine come le serie STC e BTP per la lavorazione del titanio. Inoltre fanno parte della gamma centri specializzati nell’asportazione Blisk e la serie LX e sono stati sviluppati per la lavorazione ad alta precisione, simultanea ed efficiente a cinque assi di pale di turbine.

„Le nostre macchine sono in una fascia più elevata dal punto di vista tecnologico“ sottolinea Patrik Rutishauser, Direttore Application Engineering. „Sono sinonimi di massima prestazione e massima precisione. Inoltre offriamo ai nostri clienti un valore aggiunto speciale con questa applicazione.“ Poiché Starrag si pone come partner tecnologico dell’operatore ed è in grado di progettare e realizzare processi completi. “ Quando un cliente viene con un componente di cui necessita 10 000 esemplari, noi pianifichiamo l’impianto completo e gli forniamo la macchina completa di software, dispositivi di serraggio, mandrini, dispositivi periferici e macchine esterne.” Un’offerta aggiuntiva tale è solo possibile grazie all’esperienza decennale nello sviluppo di macchine utensili, di sistemi CAM e di utensili speciali e attraverso il know how di applicazione, che la Starrag ha raccolto per esempio nella produzione di prototipi e di piccole serie di pale di turbine.

Un settore di cui è responsabile Patrik Rutishauser: „Lo sviluppo della tecnologia e del software per i cosiddetti “Single Blade Applications” fa parte dei miei compiti. Nella mia squadra lavorano tecnici di applicazione mano nella mano con programmatori di software CAM. Così può essere creato velocemente e senza deviazioni esattamente quello di cui ha bisogno l’operatore.”

Esperienze dallo stabilimento di produzione
Nel CPE (Center of Production Excellence), il centro di applicazione della Starrag a Rorschacherberg, i collaboratori acquisiscono importanti esperienze, testando e ottimizzando nuovi processi ambiziosi di lavorazione.

Il capannone con ca. 2000 m2 è equipaggiato con gli attuali centri di lavoro Starrag a quattro e cinque assi.
La squadra di applicazione realizza diverse lavorazioni su di questi, dall’asportazione pesante di leghe di titanio ad alta resistenza fino alla lavorazione di metalli leggeri ad alta velocità. Patrik Rutishauser ribadisce: “ noi lavoriamo parti rotanti e complessi pezzi cubici – noi facciamo tutto questo in condizioni di produzione! Poichè qui facciamo anche prototipi e piccole serie per i nostri clienti. Questo significa produrre a costi ragionevoli secondo il mercato e in modo qualitativo e conforme ai disegni. “ Un vantaggio, come sostiene uno specialista di applicazioni, poichè in questo modo si sviluppano da esso delle conoscenze preziose sulle esigenze delle macchine e sui processi completi di lavorazione fino ai minimi dettagli. „È diversa da una normale dimostrazione al cliente in cui di solito si tralasciano piccoli dettagli“, aggiunge Rutishauser.

Dettaglio importante: il serraggio dell‘utensile
Da molto tempo Starrag è a conoscenza della grande importanza rivestita dalla tematica „serraggio dell’utensile“ nell’asportazione di precisione. Dopo tutto già 20 anni fa a Rorschacherberg erano in funzione nasi mandrini ad una velocità di 30.000 min-1. Allora si usava serrare gli utensili con mandrini weldon, mandrini portapinza e mandrini whistle notch, che tuttavia creava dei problemi a causa della mancata precisione di concentricità.

Poichè ad un alto numero di giri già piccoli scostamenti comportano risultati errati di fresatura, una minore qualità della superficie, e una maggiore usura del naso mandrino e dell’utensile. Anche la geometria di questi mandrini mostra profili d’ingombro troppo grandi per poter raggiungere cavità profonde con utensili serrati in modo insufficiente.

Starrag ne ha tratto le conseguenze ed è passata ai mandrini a calettamento che offrono maggiore precisione di concentricità e meno profili d’ingombro grazie alla sua unità simmetrica di rotazione.

Nelle prime prove con la nuova tecnologia di calettamento la Starrag ha dovuto far fronte ai punti deboli di tale tecnologia: i mandrini allora venivano riscaldati con aria calda e questo comportava dei tempi di attesa molto lunghi e il materiale veniva molto sollecitato.

Alla ricerca di una soluzione circa 15 anni fa gli esperti di applicazione della Starrag vennero in contatto con la Haimer GmbH di Igenhausen – oggi leader del mercato europeo per la tecnologia di serraggio utensili. „Haimer ha reso più professionale il calettamento dell’utensile“, enfatizza Patrik Rutishauser. „Già allora l’azienda offriva un’ampia gamma di mandrini e macchine per il calettamento con bobina ad induzione e unità di raffreddamento, facile da utilizzare per chiunque. Fino ad oggi la Haimer ha permanentemente continuato a sviluppare il suo programma di mandrini e macchine di calettamento ed è sempre rimasta fedele ai propri requisiti di qualità. Noi valutiamo continuamente nuovi sistemi e nuovi fornitori, ma i prodotti Haimer sono imbattibili dal punto di vista della precisione e della qualità. Della tecnologia di calettamento apprezziamo il fatto che si possano serrare anche utensili con ridotte lunghezza di presa all’interno del mandrino e ovviamente i profili snelli in confronto agli altri sistemi di serraggio. “

Anche nel caso dei mandrini a calettamento ogni singolo dettaglio è importante.
Non a caso la filosofia aziendale della Haimer recita: “La qualità vince”. Dietro questo concetto si nasconde l’idea di produrre esclusivamente nel paese natale, Igenhausen, vicino ad Augusta, dove si può tenere sotto controllo al cento per cento la precisione. Lì tutti i mandrini a calettamento, anche le versioni standard, vengono prodotti con acciaio speciale altamente resistente al calore e vengono inoltre bilanciati finemente (a G 2.5 a 25.000 giri/min. < 1 gmm di squilibrio). Le superfici funzionali sono lavorate in maniera estremamente precisa e le “tolleranze del cono” sono molto più precise rispetto a quanto richiesto dalle norme corrispondenti.

Per rispondere alle richieste particolari di lavorazione, la Haimer offre dei mandrini a calettamento speciali. I mandrini Power Shrink, ad esempio, sono particolarmente adatti alle lavorazioni di fresatura ad elevata velocità o ad alta precisione. Il design brevettato combina una scarsa attitudine alle vibrazioni con una elevata rigidità e un design “snello” sulla cima. Questa particolare costruzione consente all’operatore di aumentare la profondità di taglio e di ottenere un maggiore volume di trucioli asportati, mantenendo comunque superfici di buona qualità.

I mandrini Heavy Duty della Haimer sono ideati appositamente per l’asportazione del truciolo realizzata con grandi utensili da taglio, i quali presentano uno spessore rinforzato in prossimità dell’area di serraggio, un profilo esterno estremamente rigido e delle scanalature brevettate nel foro di serraggio. In questo modo si generano delle elevate forze di serraggio che possono essere paragonate a quelle dei mandrini a forte serraggio. Il portfolio di mandrini a calettamento si completa con i piccoli mandrini Mini Shrink della Haimer. Si tratta di mandrini a calettamento costituiti da un singolo pezzo con un design estremamente snello e un profilo esterno del mandrino che presenta un’inclinazione di 3 gradi, ideato per la costruzione di stampi.
Materiali difficili, elevate richieste di qualità della superficie

Per Patrick Rutishauser questo vasto portfolio costituisce un vantaggio. Dichiara infatti: “nella produzione di pale per estrusione, vi sono generalmente due processi. Dapprima occorre asportare il truciolo in maniera grossolana. Durante il processo di sgrossatura è importante che il mandrino abbia una componente di “smorzamento” al fine di raggiungere una elevata profondità di taglio e per poter rimuovere più materiale possibile in una singola fase produttiva. Invece, durante il processo di finitura non entrano in gioco forze aggressive. A questo punto assumono importanza l’elevata precisione di concentricità e la qualità di bilanciatura. I mandrini Haimer Power Shrink sono adatti per entrambe le lavorazioni. E quando l’asportazione del truciolo diventa ancora più gravosa, ricorriamo semplicemente ai mandrini Heavy Duty”.

Per quanto riguarda la qualità dei mandrini a calettamento, la Starrag richiede il meglio. Ciò è dovuto al fatto che, durante le fasi di sgrossatura e finitura del titanio e di altri materiali difficilmente truciolabili, l’interfaccia tra il mandrino e l’utensile è sottoposta a delle forze aggressive. “Alla fine diventa decisiva la qualità del singolo componente” spiega Patrik Rutishauser. “Fin dal principio deve essere perfetta, considerando il fatto che il solo titanio grezzo costa un patrimonio. Noi siamo convinti che la qualità del mandrino portautensile sia essenziale per la qualità dei componenti.” Questo vale soprattutto per la qualità della superficie, che costituisce un fattore molto importante, in quanto le pale delle turbine necessitano di una struttura estremamente precisa per consentire il maggior risparmio possibile in termini di energia. Attualmente è possibile ottenere la struttura desiderata attraverso il processo di fresatura e senza che si renda necessaria alcuna lavorazione successiva di rettifica. Al momento la Starrag è in grado di ottenere una qualità di superficie di Ra=0,8 µm – 0,4 µm”.

Le macchine per il calettamento ad alto rendimento rendono possibile un serraggio di utensili semplice e veloce
Per il calettamento degli utensili nel centro CPE della Starrag è una macchina Power Clamp Profi Plus NG con la quale si possono calettare e scalettare in breve tempo utensili con un diametro dai 3 mm ai 50 mm in acciaio veloce e metallo duro con tolleranza di codolo h6. È attrezzata con la tecnologia brevettata a doppia bobina. Questo significa che la bobina si adatta alla lunghezza e al diametro del mandrino a calettamento.

Solo l’area di calettamento viene riscaldata e questo riduce sensibilmente i tempi di riscaldamento e di raffreddamento mediante il raffreddamento a contatto. Inoltre vi è la soluzione ad alto rendimento per un calettamento e raffreddamento professionale: una macchina Power Clamp Premium che offre un grande piano di lavoro, un semplice uso e un’unità di raffreddamento lineare con controllo della temperatura.

Presso Starrag è integrato un sistema di preimpostazione della lunghezza (precisone ai 0,02 mm), in modo che gli utensili possano essere sempre calettati ad una lunghezza ben definita.

„I mandrini e le macchine a calettamento Haimer sono in un certo senso standard da noi“, spiega Patrik Rutishauser, „poichè offrono le migliori premesse per un’asportazione trucioli con un processo stabile, così come da noi richiesto. Non solo noi utilizziamo questi prodotti all’interno del Centro CPE, ma le vendiamo a catalogo insieme ai nostri impianti.

Per questo per noi è importante che venga fornita un’ ottima qualità costante. Con Haimer andiamo sul sicuro. Non mi ricordo di aver mai ricevuto un reclamo dovuto al mal funzionamento di un mandrino.“

Per ogni esigenza la macchina utensile idonea
Il Gruppo Starrag (circa 1617 collaboratori e un fatturato di circa 390 milioni di franchi svizzeri nel 2014), uno dei produttori di macchine utensili leader nel mondo per tecnologia a cui appartengono le marche Berthiez, Bumotec, Dörries, Droop+Rein, Heckert, Scharmann, SIP, Starrag, TTL e WMW.

In diversi stabilimenti vi è una gamma di macchine per la fresatura, la tornitura, l’affilatura e la perforazione di pezzi in metallo, ceramica e materiali compositi, ogni marca ha le sue proprie caratteristiche.

L’offerta completa va da piccoli centri con macchine ad alta velocità di Bumotec (adatti per l’asportazione trucioli di pezzi del settore degli orologi e di computer) fino a macchine Gantry di Droop-Rein lunghe più metri e che riempiono un capannone intero (adatte per lavorare su pezzi grandi e pesanti). Tra i clienti contano soprattutto aziende attive in ambito internazionale nei tre mercati di destinazione aeronautico Energia, trasporti Componenti industriali e Precision Engineering. Alla gamma delle macchine utensili si aggiungono prestazioni di servizi e servizi tecnologici con conseguenti progressi nella produttivitá per i clienti.

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