L’elettromeccanica sostituisce l’oleodinamica

17/02/2016

Presse per compattazione delle polveri: vantaggi evidenti grazie al nuovo sistema di azionamento.

Osterwalder AG sta sostituendo gli azionamenti oleodinamici con azionamenti servo-elettrici nelle sue presse per la compattazione delle polveri. La potenza viene trasmessa all’utensile di pressatura attraverso viti a ricircolazione di sfere di NSK della serie HTF. Risultato: i sistemi richiedono circa l’80% in meno di energia e producono parti pressate con una maggiore precisione dimensionale. Questo riduce la quantità dei lavori di finitura, come la rettifica con ruote diamantate, e taglia i costi di processo e dei materiali.

Gli utensili per la lavorazione dei metalli come punte di foratura e inserti in metallo duro vengono realizzati per la maggior parte attraverso la tecnologia di compattazione delle polveri: una lega di polveri sottili di metallo (composto di stampaggio) viene aggiunta all’utensile (stampo). Attraverso la pressione esercitata si ottiene così la forma desiderata e in seguito il prodotto viene sinterizzato.

Gli utilizzatori di presse per compattazione delle polveri richiedono componenti che siano il più vicino possibile al profilo richiesto poiché una pressatura precisa consente di limitare i lavori di finitura, processi molto complicati per questi componenti estremamente duri, che tali devono essere proprio perché vengono utilizzati per la lavorazione di parti in metallo.

Nuova tecnologia di azionamento per le presse per la compattazione delle polveri
Osterwalder AG da Lyss, Svizzera, ha acquisito un’ottima reputazione in questo campo specialistico dell’ingegneria meccanica. L’azienda opera da oltre 130 anni e offre un’ampia gamma di presse per la compattazione delle polveri. Ha introdotto una nuova tecnologia di azionamento in questo campo di applicazione attraverso le serie CA SP Electric e CA HM Electric (foto 1): la “Tecnologia ad azionamento diretto – Direct Drive Technology” (DDT) con servomotori elettrici e viti a ricircolazione di sfere. Il nuovo sistema ha sostituito i precedenti azionamenti oleodinamici, che restano comunque necessari per le serie con forze di pressatura più elevate.

Precisione nettamente superiore
La sequenza operativa di una pressa, che generalmente avviene con tempi di ciclo di circa 3 secondi, è piuttosto semplice: lo stampo viene riempito con un composto di stampaggio con polveri di carburo metallico, solitamente una miscela di polveri di tungsteno e cobalto. Le due parti dello stampo (inferiore e superiore) si muovono in direzioni opposte e comprimono le polveri. Il pezzo stampato viene quindi sagomato, collocato su una piastra di sinterizzazione e infine condotto nel forno di sinterizzazione.

Il processo di pressatura viene realizzato con estrema precisione. Michael Sollberger, development engineer, Osterwalder AG, ha dichiarato: “Possiamo posizionare il nostro sistema a 1 µm, ovvero 1/1000 mm, e raggiungere una precisione di ripetizione degli assi molto elevata”. L’intero processo di pressatura è completamente controllato per migliorare, tra le altre cose, l’omogeneità del materiale pressato. In questo caso è molto importante garantire una precisa sincronizzazione dei movimenti. E’ importante evitare interruzioni o irregolarità nelle procedure dato che vi è il rischio che le parti pressate si rompano durante la sinterizzazione o che si verifichino errori dimensionali per via dei cambiamenti che avvengono durante la contrazione.

Viti a ricircolazione di sfere per applicazioni gravose
Tali requisiti vengono garantiti attraverso servo-azionamenti. Le viti a ricircolazione di sfere della serie HTF di NSK per condizioni gravose sono responsabili dei movimenti lineari della pressa e della corrispondente pressione nello stampo (foto 2). HTF è acronimo di “High Tough Force”, un nome che riflette le proprietà principali di questi azionamenti traslazionali, che sono stati sviluppati per offrire all’ingegneria meccanica un’alternativa elettromeccanica per sostituire gli azionamenti oleodinamici.

Le viti a ricircolazione di sfere della serie HTF assicurano elevati rapporti traslazionali, ovvero tempi di ciclo molto brevi, garantendo, contestualmente, elevati livelli di precisione. Allo stesso tempo sono in grado di trasferire forze assiali estremamente elevate. La loro geometria brevettata è progettata per distribuire queste forze assiali uniformemente su tutte le sfere in movimento. Grazie anche alla tecnologia S1TM, di separazione delle sfere, è possibile evitare l’usura prematura del sistema, garantendo un’elevata affidabilità.

La gamma di viti HTF offre diverse opzioni in termini di rigidezza, diametro, varianti di passo e sistemi di tenuta. Questa si completa con i cuscinetti per supporto viti a ricircolazione di sfere e con le guide lineari, che NSK offre anche con cuscinetti della serie TAC e con le guide a ricircolo rulli della serie RA, per applicazioni gravose. Questo significa che NSK è l’unica azienda in grado di fornire soluzioni meccaniche complete con componenti differenti, perfettamente abbinabili e provenienti da un’unica fonte.

Risparmio energetico attorno all’80%
L’elevata precisione e la controllabilità ottimale del processo di pressatura sono solo due dei numerosi vantaggi garantiti dal nuovo sistema di azionamento. Un altro elemento importante è costituito dal risparmio energetico che si aggira attorno all’80%. Una pressa per la compattazione delle polveri con un azionamento oleodinamico e una forza di pressatura di 160 kN ha un consumo di energia fino a 15 kW; un sistema servo-elettrico richiede solo dai 2.5 ai 3.5 kW. Dato che i clienti di Osterwalder AG fanno funzionare, in media, tra le 10 e le 70 presse a compattazione, tutto questo contribuisce a un risparmio energetico notevole.

Inoltre le macchine garantiscono un ingombro inferiore. La durata di servizio può essere ridotta poiché non ci sono valvole di controllo o altri componenti che richiedono interventi di manutenzione continui. Le temperature di esercizio sono più costanti poiché non viene prodotto ulteriore calore dal sistema oleodinamico: un aspetto, questo, che garantisce anche vantaggi in termini di precisione. Lavorare senza olio idraulico è un ulteriore elemento di positività dal punto di vista dei clienti, dato che il composto di stampaggio non viene contaminato dall’olio. In aggiunta, il livello di rumorosità è molto ridotto e questo contribuisce al miglioramento della qualità del lavoro degli addetti alla produzione. Come spiega Michael Sollberger: “I sistemi idraulici sono giusto al di sotto del limite di 75 dB, mentre i servo-sistemi sono decisamente più silenziosi, solo da 58 a 60 dB”.

Il movimento di avanzamento simultaneo dall’alto e dal basso assicura una forza di pressatura fino a 320 kN.

Diverse viti a ricircolazione di sfere vengono utilizzate sulle macchine delle serie CA SP Electric e CA HM Electric e servono per muovere lo stampo superiore e inferiore simultaneamente durante il processo di pressatura (foto 1). Osterwalder AG ha iniziato con una pressa da 160 kN. Attualmente sono in funzione oltre 100 macchine, alcune delle quali presentano una forza di pressatura di 320 kN. Una tendenza che continuerà? “Produciamo presse con una forza di pressatura fino a 10.000 kN. Ad ogni modo attualmente l’utilizzo degli azionamenti diretti servo-elettrici è limitato alla gamma di prodotti più piccoli”, afferma Michael Sollberger. Dal punto di vista di NSK, è ancora possibile trasmettere forze tra i 4.000 e i 5.000 kN attraverso la serie HTF.

Risparmi notevoli nei costi di processo
Le due serie di presse con azionamenti servo-elettrici sono state accolte con successo dal mercato. Un successo di livello mondiale, non solo per i produttori di componenti in metallo duro, ma anche per quelli di parti realizzate in polvere di acciaio, ceramica e materiali magnetici.

L’elevata precisione è il vantaggio più importante per gli utilizzatori di questo nuovo sistema di azionamento. Maggiore è la precisione delle parti prodotte, in linea con il profilo finale, maggiore sarà la semplicità di finitura, un processo che richiede sempre molto tempo e che risulta costoso per il carburo metallico. I risparmi che si ottengono sui costi dei materiali e di processo sono generalmente molto superiori ai risparmi ottenuti sui costi dell’energia.

I prodotti NSK possono dare un contributo importante per alleviare il peso sull’uomo e sull’ambiente, garantendo il risparmio dei costi per l’utilizzatore finale.

Trend: i sistemi elettromeccanici sostituiscono quelli idraulici
I servo-azionamenti con viti a ricircolazione di sfere stanno sostituendo gli azionamenti oleodinamici. La tendenza può essere anche riscontrata in altri ambiti di applicazione. E’ questo il motivo per cui importanti produttori di macchine e utensili per lo stampaggio plastico a iniezione si affidano alla serie HTF di NSK riuscendo a garantire una migliore controllabilità dei processi più importanti, oltre a ottenere risparmi notevoli sui costi energetici. Inoltre, le viti a ricircolazione di sfere continuano a funzionare in maniera affidabile nel controllo dei processi e nelle dinamiche ben oltre il limite raggiunto dai sistemi oleodinamici.