Come gestire al meglio i dettagli complessi sui pezzi lavorati

Le macchine a controllo numerico diventano più sofisticate ogni anno. I torni motorizzati sono oggi in grado di fresare le forme più svariate e realizzare fori fuori asse o radiali; tutte operazioni che un tempo avrebbero richiesto una visita separata al reparto di fresatura. I centri di lavorazione sono inoltre equipaggiati con teste di indicizzazione che supportano la fabbricazione a 3+2 assi, la quale consente di completare numerosi lati di uno stesso pezzo in una singola operazione. Ciò non può che essere un’ottima notizia, tanto per i progettisti quanto per gli ingegneri. Infatti, non solo diventa possibile realizzare pezzi dall’elevato grado di complessità, ma lo si può fare contenendo i costi e i tempi di lavorazione e ottimizzando i risultati qualitativi.

Ma ciò non significa che tutto sia possibile. Anzi, è necessario osservare alcune regole fondamentali per evitare di incorrere in costosi cicli di rilavorazione con conseguenti ritardi. Questo Suggerimento approfondisce pertanto alcune considerazioni a uso e consumo dei progettisti, tra cui:

Protolabs mette a disposizione un processo di fresatura indicizzata (detto anche fresatura su 3+2 assi). Tale caratteristica permette alla macchina utensile di afferrare la parte inferiore del pezzo e procedere alla lavorazione delle sezioni superiore e laterali simultaneamente. Questo tipo di fresatura rende possibile la fabbricazione di pezzi con caratteristiche più complesse, come una staffa con sottosquadri sui lati o un collettore pneumatico con forature multiple sulla superficie.

La vera lavorazione a 5 assi?

Nonostante le ampie capacità produttive di Protolabs, parti quali eliche di imbarcazioni, impianti ortopedici e turbine risultano per lo più fuori dai nostri limiti. Il motivo è che hanno superfici complesse che richiedono movimenti simultanei fino a 5 assi su una macchina utensile, che attualmente non è disponibile. Ma le cose cambiano. Protolabs ha recentemente acquistato Rapid Manufacturing, negli Stati Uniti, una compagnia specializzata nella lavorazione meccanica a 5 assi e in processi produttivi come la lavorazione della lamiera. Ma non finisce qui, Protolabs sta pensando a nuovi servizi da inserire durante il corso dell'anno.

Analogamente ai servizi dei centri di fresatura Protolabs, la tornitura CNC con torni ad alta velocità rende possibile il completamento di numerose parti complesse in un’unica operazione. Gli utensili motorizzati e le capacità di lavorazione sull’asse Y consentono ad esempio la tornitura di un bullone, la fresatura di chiavi esagonali e la realizzazione di un foro trasversale per il passaggio di un cavo di sicurezza. Altri esempi ancora più complessi includono un pistone idraulico con scanalature di allineamento su un’estremità, una giunzione con fori a chiave fissa sulla superficie o un albero con fessura esterna. In alcune circostanze è possibile persino lavorare al tornio un pezzo di forma più ortogonale che rotonda.

Una volta appurate le possibilità offerte dalla fresatura e dagli utensili motorizzati, è tuttavia essenziale soffermarsi sui cinque elementi seguenti durante la fase di progettazione di pezzi complessi:

1. Posizione dei fori

La dimensione minima di fori in asse e assiali per i torni CNC Protolabs è pari a 1 mm, con profondità massima equivalente a 6 volte il diametro del foro. I forti radiali (ovvero quelli praticati sul lato del pezzo) dovrebbero avere un diametro minimo di 2 mm. I fori che attraversano completamente lo spessore di pezzi fresati o lavorati al tornio sono generalmente possibili, specie nei pezzi cavi o di forma tubolare. Tuttavia, a seconda della dimensione del pezzo, del diametro del foro e del materiale utilizzato, talvolta l’utensile di taglio potrebbe non avere portata sufficiente. In tali circostanze, Protolabs praticherà il foro da entrambi i lati (ove possibile). Raccomandiamo però di verificare l’analisi di fattibilità per informazioni su eventuali limitazioni.

2. Dettagli profondi

Le scanalature esterne su un pezzo lavorato al tornio non dovrebbero superare i 24,1 mm di profondità, né essere più strette di 1,2 mm. Per tutti gli altri dettagli simili a incavi si applicano solitamente i medesimi principi che valgono per i fori perforati (in termini di dimensione) ma, come regola generale, raccomandiamo di prevedere una profondità non superiore a 6 volte la larghezza del dettaglio. Occorre inoltre di lasciare uno spessore di parete di almeno 0,5 mm sul materiale adiacente. La creazione di ampie superfici piatte e altre superfici fresate (fresatura o tornitura) dipenderà interamente dalla geometria del pezzo e dalla dimensione del cutter. Le nervature e scanalature profonde possono tuttavia rivelarsi difficoltose, indipendentemente dalla posizione desiderata. È possibile praticare dettagli simili a dissipatori su un pezzo fresato o lavorato al tornio, ma ciò dipenderà dalla geometria del pezzo e dagli utensili disponibili. Consigliamo nuovamente di valutare con attenzione l’analisi di fattibilità (anche richiedendo un preventivo senza impegno) o di contattare uno dei nostri tecnici specializzati per ricevere assistenza.

3. Elementi filettati di migliore qualità

Per quanto riguarda la realizzazione di filettature, i centri di tornitura e fresatura Protolabs presentano non poche similitudini. In generale, le filettature Protolabs vanno da #4-40 (M3 x 0,5) fino a circa 1/2-20 (M10 x 1,25) a seconda del tipo di macchina utilizzata e della posizione del dettaglio (anche se vi sono alcune eccezioni). Consulta le linee guida per le filettature per ottenere informazioni accurate sulle dimensioni e ulteriori dettagli. E, già che ci sei, non dimenticare di dare uno sguardo alla sezione che illustra le tecniche più indicate per modellare gli elementi filettati, applicabili ai dettagli interni/esterni e fresati/lavorati al tornio dei pezzi. Un’altra opzione valida consiste nell’utilizzo di inserti. Gli inserti a spirale e gli inserti chiave garantiscono una durata più lunga rispetto agli elementi filettati semplici (specie nel caso di materiali morbidi come l’alluminio o la plastica) e sono anche facili da installare.

4. I testi possono costare caro

I pezzi complessi destinati ai settori medico o aerospaziale spesso richiedono la marcatura permanente di numeri seriali o nomi commerciali. I testi incassati hanno certamente un bell’aspetto, ma inserirli significa anche richiedere un procedimento decisamente dispendioso in termini di tempo. Quando poi arriva il momento di accrescere i volumi di produzione, un tale dettaglio può diventare del tutto proibitivo. Di solito è meglio puntare su processi di incisione elettrochimica o marcatura laser. Se tuttavia i testi incassati rappresentano una necessità, consigliamo di scegliere un carattere dallo stile semplice e chiaro e di limitare la lunghezza del testo. In particolare, Arial Rounded MT (14 punti e 0,3 mm di profondità) è l’ideale per metalli morbidi e plastica; per i metalli duri, consigliamo invece Arial Rounded MT (22 punti e 0,3 mm di profondità).

5. Raggi: Attenzione agli spigoli

Quando si tratta di pezzi lavorati, un errore comune è la richiesta di angoli vivi interni. Ad esempio, le macchine da tornitura tipicamente adoperate da Protolabs per la finitura di superficie hanno un raggio di punta pari a 0,8 mm; pertanto, il design di eventuali pezzi combacianti dovrebbe tenere conto di tale considerazione. La dimensione dei cutter può arrivare a 1 mm per i metalli teneri , 1,2 mm per i metalli duri e la plastica, il che significa che eventuali tasche conterranno un angolo interno con raggio di poco inferiore alla metà di tale valore. L’inserimento di spigoli vivi è dunque possibile, se non fosse che la fresatura con utensili di tali dimensioni richiede un tempo considerevole e la profondità della tasca limitata a 4mm per i metalli dure e a 7,6 mm per i teneri e la plastica. La strada più percorribile consiste nell’ammorbidire gli angoli interni o prevedere un raggio quanto più ampio possibile nel design di pezzi combacianti.

Un ultimo consiglio: se non si adottano i dovuti accorgimenti durante la fase di progettazione, le operazioni di lavorazione impegnative risulteranno ancora più difficoltose, facendo lievitare i costi associati al progetto. Pagare un po’ di più non sarà un problema grosso nella fase di prototipazione, ma può diventare una questione decisamente spinosa quando la domanda aumenta e occorre adeguare le quantità prodotte. Come sempre, in caso di dubbi durante la progettazione di parti o dettagli complessi, non esitare a contattare Protolabs al numero +39 0321 381211 o all’indirizzo [email protected].