Nella produzione di componenti metallici, le vibrazioni problematiche sono comuni. Influiscono sulla durata degli utensili e sulla finitura superficiale, aumentando in modo significativo i tempi e i costi di completamento del lavoro. In genere, i produttori di parti metalliche affrontano il problema delle vibrazioni impostando parametri macchina non ottimali oppure utilizzando costosi strumenti "antivibrazioni". Questi utensili da taglio con smorzatore di massa sintonizzato (TMD) trasmettono l'energia vibrazionale degli utensili da taglio a uno smorzatore di massa ausiliario nel corpo dell'utensile. Questo trasferimento di energia riduce l'energia vibrazionale generata dai processi di taglio.
Gli elementi di supporto sono costituiti da anelli di tenuta in gomma la cui sezione trasversale può essere modificata o regolata per influire sulla rigidità dell'utensile e, di conseguenza, sulla frequenza di sintonizzazione. Questi utensili, tuttavia, sono costosi: in genere costano da 10 a 100 volte di più rispetto a un utensile convenzionale. Inoltre, le perdite di olio limitano la durata di vita dei TMD a 1 o 2 anni, dopodiché l'utensile deve essere revisionato o sostituito. I TMD devono anche essere regolati ad ogni turno di lavoro, prima di tagliare nuovi materiali o di essere utilizzati in condizioni di taglio (velocità, avanzamenti, profondità di taglio) diverse da quelle richieste dal lavoro precedente.
La vibrazione è più evidente quando il rapporto tra lunghezza dello sbalzo e diametro (L/D) di un utensile è elevato, cosa spesso necessaria per raggiungere tasche profonde, fori o altre caratteristiche del pezzo in lavorazione. Quando il pezzo ruota attorno all'utensile (operazione di tornitura) o l'utensile ruota attorno al pezzo (operazione di fresatura o foratura), l'azione risultante è una vibrazione che produce una finitura superficiale scadente e richiede operazioni secondarie per soddisfare le specifiche.
Con l'aumento della pressione per raggiungere gli obiettivi di produttività, disporre di un portautensili antivibrante che funzioni correttamente senza dover essere regolato ad ogni turno prima di tagliare nuovi materiali può offrire vantaggi tangibili ai produttori di parti metalliche. Questa sfida sta diventando sempre più diffusa con l'aumento dell'uso della produzione additiva (stampa 3D), poiché questa tecnologia richiede utensili più lunghi e flessibili che mai per raggiungere parti e caratteristiche geometriche relativamente complesse.
Una di queste opzioni è un smorzatore di massa autoregolante (STMD) costituito da una massa di tungsteno sostenuta da dischi polimerici all'interno del supporto. I dischi estraggono l'energia vibrazionale dal corpo dell'utensile da taglio per ridurre al minimo il movimento e neutralizzare le vibrazioni collegando il motore della macchina utensile e la testa di taglio.
Quando vengono applicate forze di taglio all'utensile, si verificano naturalmente vibrazioni su una banda di frequenza e la rigidità dell'STMD si autoregola su tale frequenza per massimizzare l'effetto di smorzamento della massa.
Gli STMD sono eleganti, ingegnosi e facili da usare e possono migliorare la finitura delle superfici, accelerare i tempi di ciclo, ridurre i costi degli utensili e le rotture (costo totale di proprietà), ridurre gli scarti e diminuire il consumo energetico.
Questa soluzione plug-and-play è un'alternativa economica ad altri strumenti antivibrazioni, che possono costare fino a 10.000 dollari per unità, e può aiutare a ridurre il numero di parti danneggiate, migliorando al contempo la qualità della superficie e prolungando la durata degli inserti di taglio, contribuendo così a minimizzare i costi di produzione.
Consentendo il completamento dei lavori in modo più rapido, efficiente ed economico rispetto ad altre opzioni, i portautensili STMD, grazie alla maggiore velocità di avanzamento e alla maggiore stabilità, eliminano la necessità di riprogrammare o riprogettare i lavori per compensare l'inefficienza della macchina.
Gli STMD possono integrarsi perfettamente con i processi utilizzando una varietà di flussi di lavoro e soluzioni software CAM perché la loro eleganza li rende facili da testare e consente loro di funzionare correttamente sin dal primo utilizzo, migliorando così i tempi di risposta.
Come funzionano gli STMD
Gli STMD possono essere estremamente utili per migliorare velocità e avanzamenti perché gli utensili stabilizzati producono risultati migliori rispetto agli utensili con movimenti extra e indesiderati. Nello specifico, il portautensili assorbe le vibrazioni grazie a una massa di tungsteno supportata da dischi polimerici all'interno dell'STMD. Questi dischi polimerici, realizzati con una formulazione proprietaria, hanno una rigidità dipendente dalla frequenza che consente loro di reagire e adattarsi alle variazioni delle vibrazioni. Grazie alla loro stabilità, gli STMD consentono di ottenere la massima profondità di taglio.
Gli STMD sono eccellenti esempi di come la fisica e la chimica possano collaborare per risolvere il complesso problema del controllo della frequenza di vibrazione sugli utensili da taglio dovuto a cambiamenti nelle condizioni di taglio, quali l'usura degli utensili, l'usura dei giunti e la variazione dei materiali dei pezzi da lavorare. Per questi motivi, altri tipi di portautensili richiedono una messa a punto ottimizzata per garantire le loro prestazioni e il funzionamento in condizioni di scarsa messa a punto potrebbe peggiorare il problema delle vibrazioni invece di migliorarlo.
Per quanto riguarda le proprietà di autoregolazione degli STMD, esse sono ottenute grazie agli elementi a molla che regolano la rigidità in base alla frequenza di vibrazione, superando il problema delle variazioni di frequenza.
Poiché tutte le macchine utensili sono diverse (grandi, piccole, lunghe, corte, nuove, vecchie), le vibrazioni rendono imprevedibile la frequenza di vibrazione della macchina utensile, poiché i vari utensili vibrano a frequenze multiple. Attualmente, gli smorzatori di massa sugli utensili da taglio sono difficili da utilizzare perché sono sintonizzati su frequenze specifiche o richiedono frequenti rotazioni per garantire l'efficienza dello smorzamento delle vibrazioni.
Al contrario, gli STMD contengono dischi polimerici che modificano la loro rigidità in base alla frequenza delle vibrazioni. Quando la frequenza è elevata, la rigidità è elevata e viceversa. I dischi consentono la funzione di autoregolazione sugli smorzatori di massa, adattandosi automaticamente alle condizioni della macchina.
Se si devono considerare i tempi di fermo o le rilavorazioni dovute all'usura degli utensili e i frequenti arresti delle macchine per reimpostare gli smorzatori, gli STMD possono rappresentare una valida alternativa ad altre tecnologie di smorzamento delle vibrazioni.
Possono anche essere utili quando la lunghezza dello sbalzo dell'utensile è un fattore importante, poiché un singolo utensile può gestire sbalzi sia corti che lunghi senza richiedere un cambio di utensile. Il risultato è che i lavori richiedono meno tempo e costano meno per essere completati.
Prendendo come esempio la tornitura, l'utensile può essere regolato su diverse lunghezze per la lavorazione di parti diverse. Maggiore è la lunghezza del sbalzo, minore è la frequenza di vibrazione e viceversa. L'utensile vibrerà a frequenze diverse, a seconda della lunghezza del sbalzo, e gli STMD su una gamma di frequenze più ampia correlata al rapporto L/D.
La ricerca ha dimostrato che gli STMD possono ridurre i tempi di ciclo del 30%, diminuire i costi di attrezzaggio del 5-10%, abbassare il consumo energetico del 2-3% e ridurre gli scarti dell'1-2%. Sebbene alcune di queste percentuali siano modeste, dato l'elevato volume delle operazioni di lavorazione, anche le riduzioni percentuali più piccole possono tradursi in risparmi sostanziali.
Inoltre, i parametri di taglio (velocità e avanzamenti) sono conservativi, o limitati, quando si tiene conto del rischio di variazioni instabili. Quando si utilizza la tecnologia STMD, le vibrazioni non rappresentano un problema.
Inoltre, quando la lavorazione ad alta velocità provoca variazioni di frequenza multiple sugli utensili da taglio, gli STMD si regolano automaticamente per smorzare le frequenze alte e basse, rendendo possibile il taglio ad alta velocità e con avanzamenti elevati.
Oltre a realizzare prodotti utili, siamo orgogliosi del supporto che forniamo ai programmatori e agli ingegneri di produzione.
Infatti, la reattività è uno degli aspetti che ci differenzia dagli altri fornitori di soluzioni per lo smorzamento delle vibrazioni. Se ci fornite il tipo di macchina e i dettagli della configurazione, possiamo assistervi nell'utilizzo degli STMD. Nella maggior parte dei casi, rispondiamo entro 24 ore perché comprendiamo l'importanza di consegnare il prodotto in tempo, secondo le specifiche e nel rispetto del budget.
Utilizzando i nostri STMD invece di portautensili alternativi, avrete un partner utile invece che un semplice fornitore.
Per saperne di più sulle nostre capacità, scarica i nostri dati dei test di lavorazione e il white paper che illustrano le prestazioni degli STMD e le varie condizioni.
La nostra storia
L'idea alla base di MAQ STMD è venuta a Qilin (pronunciato CHILL-in) Fu, il nostro CTO, quando era uno studente di dottorato presso il KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma. Ha studiato come le vibrazioni influenzano la lavorazione meccanica e si è reso conto che c'erano margini di miglioramento.
Nel 2015 si è verificata una svolta quando Qilin ha utilizzato polimeri esistenti per misurare con precisione la rigidità dipendente dalla frequenza di un polimero. Ha scoperto che alcuni polimeri presentano una rigidità notevolmente maggiore all'aumentare della frequenza.
Alla fine, un gruppo di ricerca di cui faceva parte Qilin ha stabilito che un gruppo di polimeri con una struttura fisica e chimica specifica avrebbe avuto la rigidità dipendente dalla frequenza necessaria per le applicazioni degli smorzatori di massa.
Per quanto riguarda il nome dell'azienda, MAQ, deriva dai nomi dei tre cofondatori: Mihai Nicolscu, Amir Rashid e Quilin Fu.
La nostra nascita è un ottimo esempio di come la ricerca di base in un laboratorio accademico possa portare a una grande idea imprenditoriale e a un'attività fiorente.
Se avete problemi di smorzamento delle vibrazioni, comunicatecelo e metteremo la nostra esperienza al vostro servizio.