L'esperienza di vibrazioni durante le operazioni di lavorazione può essere un grosso grattacapo, causando tempi e costi aggiuntivi per i produttori.
Vuoi sapere come prevenire questo problema?
È giunto il momento di comprendere il fenomeno delle vibrazioni durante la lavorazione meccanica e di trovare metodi efficaci per ridurle o evitarle.
In questa guida, discutiamo le cause delle vibrazioni durante la lavorazione e consigliamo strategie per evitarle o ridurle. Discuteremo anche le migliori pratiche per l'impostazione e il funzionamento da seguire per ridurre il rischio di vibrazioni durante qualsiasi operazione di lavorazione.
Con queste informazioni sarai meglio attrezzato per ottimizzare le configurazioni della tua macchina e garantire tempi di ciclo rapidi e pezzi di alta qualità per ogni operazione.
Cos'è Chatter nella lavorazione?
Il chatter nella lavorazione è un tipo di vibrazione o oscillazione che normalmente si verifica nelle operazioni di fresatura, foratura o rettifica. I macchinisti di solito si riferiscono al chatter come "taglio sensibile" o "risonanza". Quando si verifica, le macchine producono un suono acuto e lamentoso e le strisce di trucioli generate dall'utensile sono spesse e instabili.
Le vibrazioni possono provocare una finitura superficiale scadente, profondità di taglio irregolari e persino intaccature degli utensili. Nei casi più gravi, può causare guasti catastrofici alla macchina stessa.
Le vibrazioni sono causate da uno squilibrio tra le forze di taglio che spingono sul pezzo e i momenti creati dalle forze di taglio misurate a distanze uguali.
L'energia creata da questo squilibrio si duplica regolarmente provocando onde di risonanza che vibrano tra questi due punti di inerzia, determinando un'oscillazione armonica forzata nota come chatter.
La velocità e l'intensità di queste vibrazioni dipendono da molti fattori, come il tipo di materiale da lavorare, la velocità di avanzamento, il grado di rigidità della macchina e la conformità dell'utensile da taglio utilizzato per le operazioni di produzione.
È importante che gli operatori comprendano come identificare le potenziali cause delle vibrazioni e come mitigarle prima che si verifichi un guasto catastrofico.
Ecco alcune soluzioni comuni spesso utilizzate per ridurre o eliminare le vibrazioni durante la fresatura e la foratura:
- Regolazione dei giri del mandrino
- Ottimizzazione dei parametri operativi
- Utilizza configurazioni più robuste con utensili più robusti, come mandrini più robusti su telai rigidi
- Aumento della profondità di taglio o del carico di trucioli
- Bilanciamento degli utensili da taglio prima dell'installazione
- Lubrificazione di tutte le parti mobili adeguate ai materiali da lavorare
Tipi di vibrazioni nella lavorazione
Nella lavorazione CNC, ci sono principalmente due forme di vibrazioni che potresti riscontrare. Alcuni di essi sono i seguenti:
Chiacchiere sugli strumenti
In genere, le vibrazioni si verificano durante le operazioni di taglio utilizzando frese CNC. Iniziano a tagliare e, man mano che la vibrazione viene trasferita al pezzo, aggiungono caratteristiche diverse. Per questo motivo lo strumento e il pezzo in lavorazione iniziano a scivolare l'uno contro l'altro, il che rende le vibrazioni più forti.
Chiacchiere del pezzo
Se si posiziona il pezzo in lavorazione sul tavolo di lavoro della fresatrice nel modo sbagliato, a volte possono verificarsi offset e vibrazioni. Di conseguenza, la parete sottile del pezzo in lavorazione potrebbe iniziare a tremare mentre si sposta verso l'utensile da taglio.
È importante tenere a mente che un po' di chatter è spesso difficile da evitare. La superficie del pezzo in lavorazione potrebbe graffiarsi se la vibrazione durante la fresatura è superiore a 100µm. Tuttavia, se tieni alla qualità del tuo output, dovresti probabilmente pensare di fare qualcosa per la chatter tra l'utensile e il pezzo in lavorazione.
Di seguito esamineremo alcune strategie per ridurre le chiacchiere.
Cause di vibrazioni nella lavorazione
Le vibrazioni nella lavorazione meccanica sono un tipo di vibrazione che si verifica durante le operazioni di taglio dei metalli, con conseguente scarsa finitura superficiale e riduzione della durata dell'utensile. Anche se le chiacchiere possono essere difficili da rilevare perché sono imprevedibili e hanno una durata molto breve, le giuste tecniche di analisi e prevenzione possono aiutare a ridurle o addirittura a eliminarle.
Le vibrazioni sono generalmente causate dall'instabilità del processo di taglio. Ciò può derivare da vari fattori, tra cui l'usura o la deflessione dell'utensile dovuta a velocità di avanzamento o forze di taglio elevate, un tagliente o una forma del dente sbilanciata a causa di angoli di affilatura inadeguati o lunghezza diversa della scanalatura, flusso di refrigerante insufficiente, tecniche di bloccaggio del pezzo errate, rigidità inadeguata della macchina, e condizioni di macinazione del materiale non simmetriche.
La vibrazione dell'utensile può essere ulteriormente influenzata dall'angolo di spoglia, dal raggio di punta e dall'angolo di scarico, nonché dalla composizione del materiale del pezzo. Anche l'usura dell'utensile può contribuire alle vibrazioni e non dovrebbe essere ignorata per troppo tempo poiché viola le condizioni di stabilità delle operazioni di lavorazione.
Se le condizioni di lavorazione rimangono invariate per un lungo periodo dopo il primo utilizzo di un nuovo utensile, potrebbero verificarsi vibrazioni a causa dell'eccessiva usura sulla superficie dell'utensile che ora presenta un tagliente o una forma del dente sbilanciata rispetto a prima dell'uso iniziale.
È quindi importante controllare regolarmente gli utensili mentre vengono utilizzati e confrontarli con le tolleranze accettate come indicato nelle varie istruzioni sugli standard di lavorazione, come le linee guida sul codice di forma della designazione dell'utensile ISO 13399 Livello 1A.
La corretta manutenzione degli utensili è essenziale per evitare false indicazioni causate da cambiamenti straordinari della geometria sul tagliente che potrebbero altrimenti portare a vibrazioni eccessive durante le operazioni di lavorazione, che potrebbero causare vibrazioni a ogni taglio effettuato sul materiale del pezzo in lavorazione.
Effetti delle vibrazioni sulla lavorazione
Le vibrazioni sono un evento indesiderato e talvolta pericoloso durante la lavorazione che può comportare una finitura superficiale inferiore, il rifiuto del pezzo, la rottura dell'utensile e un aumento del rumore della macchina. Allora, cos’è esattamente il chatter, cosa lo causa e cosa si può fare per eliminarlo?
Le vibrazioni sono un'oscillazione dell'utensile da taglio sulla superficie del materiale che deriva da varie aree problematiche all'interno del processo di lavorazione. Si verifica a causa della natura dinamica delle forze di taglio che agiscono sulla punta dell'utensile, risultante dalle interazioni periodiche tra le condizioni della macchina e la geometria del pezzo.
Gli effetti comuni delle chiacchiere includono:
- Disallineamento tra l'utensile da taglio e il pezzo da lavorare.
- Uno scarso equilibrio del mandrino o disturbi alla sua velocità di rotazione sono causati da fattori esterni come le correnti d'aria.
- Anche le imperfezioni nella geometria dell'utensile, come l'angolo di spoglia atipico o l'uniformità, possono portare a vibrazioni o deflessione dell'utensile sotto elevate forze di taglio.
Esistono diversi modi per ridurre le vibrazioni durante le operazioni di lavorazione, di cui parleremo di seguito.
Strategie per evitare o ridurre le vibrazioni nella lavorazione
Le vibrazioni sono un problema comune e potenzialmente distruttivo che può influire sul processo di lavorazione. Generalmente causate da un utensile da taglio sbilanciato, le vibrazioni producono una vibrazione indesiderata nel pezzo e nell'utensile da taglio durante il taglio. Quando si verificano vibrazioni, la durata dell'utensile e la qualità della parte possono essere influenzate negativamente.
Per ridurre o eliminare le chatter si possono adottare diverse strategie, tra cui:
- Regolazione della velocità: Rallentando il numero di giri del mandrino e diminuendo la profondità di taglio è possibile ridurre le vibrazioni.
- Rallentamento dei tassi di accelerazione: La riduzione dei tassi di accelerazione può aiutare a ridurre al minimo le vibrazioni durante l'avvio di un ciclo di lavorazione e la transizione tra passate su un asse diverso.
- Utilizzando diverse velocità di taglio o avanzamenti: Utilizzando due diverse velocità o avanzamenti sui lati opposti dell'utensile, viene creato un movimento asincrono, che aiuta a smorzare le vibrazioni prodotte da altre fonti, come i motori di azionamento o la flessione del telaio della macchina.
- Utilizzando tecniche di bilanciamento per gli strumenti stessi, come le tecniche di bilanciamento RPM a naso largo: Questa strategia riduce le vibrazioni dell'utensile contrastando le forze superficiali derivanti da utensili da taglio sbilanciati, in particolare quelli con più lame nella loro composizione.
- Considerando altre aree che possono contribuire alle vibrazioni, tra cui la rigidità della pinza, le caratteristiche strutturali dei componenti della macchina, l'allineamento angolare improprio dei mandrini agli assi XYZ, ecc.: Proprio come i risultati che contribuiscono alle fonti di rumore delle macchine in altri settori (ad esempio la produzione automobilistica), riflettere su tutti gli aspetti della progettazione di una macchina utensile può spesso portare a soluzioni precedentemente impreviste da macchinisti, operatori e ingegneri!
- Controlla regolarmente l'allineamento della macchina e assicurati che il mandrino sia effettivamente bilanciato: Ispezionare entrambi i cuscinetti del mandrino per assicurarsi che non siano stati sovraccaricati o soggetti a guasti prematuri a causa di una lubrificazione difettosa o di accumulo di contaminanti.
- Inoltre, prestare attenzione alle condizioni esterne alla propria officina: Adottare misure adeguate per ridurre le vibrazioni causate da temperature esterne rigide, condizioni meteorologiche, ecc., poiché tutto ciò può portare a una scarsa stabilità di taglio su qualsiasi tornio o fresatrice.
Selezione e impostazione degli strumenti per evitare o ridurre le vibrazioni
Uno dei passaggi più importanti nell'impostazione di un'operazione di lavorazione è selezione e configurazione. Quando si tratta di ridurre o eliminare le vibrazioni, la selezione e la configurazione degli strumenti possono fare una grande differenza. Il tagliente deve essere affilato, pulito, di forma e dimensione adeguate, adeguatamente temprato e rettificato per adattarsi all'applicazione.
Gli angoli di spoglia devono essere positivi per garantire un buon deflusso dei trucioli. È importante garantire che l'utensile abbia l'angolo d'elica corretto se viene utilizzato per operazioni ad alta velocità per avere un'efficace evacuazione del truciolo tra le scanalature.
Ove possibile, dovrebbe essere adottato un sistema antivibrante per smorzare le vibrazioni dovute alle alte velocità/avanzamenti utilizzati durante le operazioni di lavorazione. Un simile approccio prevede l’utilizzo di smorzatori di vibrazioni “passivi” come la gomma al molibdeno invece di utensili da taglio in metallo solido o materiali più pesanti, che sono sensibili alle frequenze vibrazionali.
I dipendenti devono inoltre essere istruiti sulle tecniche di lavorazione adeguate che possono contribuire a ridurre le vibrazioni di ruote/utensili garantendo al tempo stesso un ambiente di lavoro sicuro durante ogni fase del processo.
È anche importante considerare le dinamiche della macchina quando si imposta un'operazione, come la tenuta meccanica e l'allentamento delle parti della macchina, le caratteristiche di movimento del mandrino, insieme alle impostazioni del lardo che determinano i movimenti per la sostituzione dei componenti o il cambio tra le parti dopo il completamento del ciclo di lavorazione, chiamata precisione di posizionamento.
Al fine di ridurre le vibrazioni e mantenere l'uniformità durante le operazioni che coinvolgono processi in più parti per scopi coerenti di generazione di modelli/prototipi.
In generale, il serraggio delle viti aiuta a prevenire vibrazioni eccessive durante la lavorazione. Questo aiuta a tenere sotto controllo le chiacchiere; tuttavia, troppa forza applicata può causare più danni che benefici. Pertanto, le quantità corrette devono essere testate/trovate con spessimetri metallici come richiesto dalle dimensioni del pezzo prima di applicarle direttamente rispettivamente sui mandrini e su altre strutture del letto in plastica all'interno delle macchine.
Pertanto, non si verifica alcuna forma di deformazione sui letti, causando problemi durante l'inserimento nei morsetti appropriati e l'esecuzione dei compiti correlati ai ruoli lavorativi necessari, inducendo successivamente danni alle costose punte metalliche degli utensili e di conseguenza alla geometria di taglio, portando a prodotti finali scartati insoddisfacenti creati a casaccio.
L’obiettivo finale è riuscire a:
- Crea ogni volta parti impeccabili con tempi di inattività minimi e tassi di scarto inferiori.
- Quando necessario, sorgono domande a cui è necessario rispondere rapidamente e rispettando tutti gli standard e le scadenze. Inoltre, la domanda a cui è necessario rispondere rapidamente è la soddisfazione del cliente.
- Pertanto, è stato mantenuto orgoglioso il mantenimento di una reputazione stellare, deviando alla fine dalle probabilità di fallimento del prodotto e sostituendolo completamente.
- Inoltre, mantenendo le certezze dei parametri di riferimento precedenti con attenzione, frequenza e fedeltà.
- Ottenere la copertura della garanzia con certezza
- L'invio costante è stato deliziosamente ottenuto in modo ineguagliabile.
- Eseguire le necessità adeguate richieste in modo decente
- Garantire che le storie di successo siano costruite in modo fantastico e continuo.
Vantaggi derivanti dall'evitare o ridurre le vibrazioni nella lavorazione
Il chatter, a volte definito "vibrazione", è un fenomeno indesiderato che si verifica nei processi di lavorazione come fresatura, foratura e tornitura. Ha molti effetti negativi sulla parte finita, in quanto può causare problemi di finitura superficiale dovuti alla flessione dell'utensile e portare a una scarsa precisione della parte a causa del chatter. Anche la produzione è influenzata poiché la produttività è ridotta quando si verifica il chatter. In casi estremi, il componente può essere completamente scartato a causa del chatter.
I vantaggi derivanti dalla riduzione o dall’eliminazione delle vibrazioni nei processi di lavorazione sono numerosi. Consente una finitura superficiale più liscia dei componenti e una migliore precisione delle parti, con conseguente qualità del prodotto più uniforme e maggiore soddisfazione del cliente.
Inoltre, riduce la deflessione dell'utensile e diminuisce i tempi di ciclo, contribuendo ad aumentare la produttività e a ridurre i costi complessivi associati alle operazioni di lavorazione.
Inoltre, una minore usura degli utensili resiste ai guasti legati all'usura, mentre una maggiore durata degli utensili comporta costi di sostituzione meno frequenti che possono in definitiva ridurre i tempi di fermo durante le attività di manutenzione periodica.
Nel complesso, ridurre o evitare le vibrazioni nelle operazioni di lavorazione presenta vantaggi immediati, come una maggiore produttività e un risparmio sui costi. Pertanto, dovrebbe essere una priorità per i team di produzione che cercano di ottenere parti di alta qualità consegnate a costi efficienti, che alla fine porteranno a una maggiore soddisfazione dei clienti e a guadagni di efficienza in tutte le loro operazioni.
Domande frequenti (FAQ)
Quali sono le cause delle vibrazioni durante la lavorazione?
Numerosi fattori possono contribuire alle vibrazioni durante la lavorazione, tra cui la progettazione dell'utensile, le condizioni di taglio e la rigidità della macchina utensile.
Quali sono le conseguenze delle vibrazioni nella lavorazione?
Le vibrazioni che si verificano durante la lavorazione possono avere conseguenze significative, tra cui una riduzione della durata dell'utensile, un aumento del tempo ciclo e una riduzione della qualità dei componenti.
In che modo la rigidità della macchina utensile può contribuire a prevenire le vibrazioni durante la lavorazione?
È meno probabile che si verifichino vibrazioni su una macchina utensile con un grado di rigidità più elevato perché è più adatta a sopportare le forze di taglio create durante il processo di lavorazione.
In che modo i parametri di taglio possono aiutare a prevenire le vibrazioni durante la lavorazione?
Nella lavorazione, il modo migliore per ridurre al minimo le vibrazioni è regolare i parametri di taglio come velocità di avanzamento, velocità di taglio e profondità di taglio fino a quando non sono ottimali.
Quali sono alcune tecniche di controllo attivo o passivo delle vibrazioni per ridurre le vibrazioni durante la lavorazione?
L'analisi modale e l'uso di materiali smorzanti sono due esempi di approcci al controllo delle vibrazioni attivo e passivo che possono essere utilizzati per ridurre le vibrazioni durante la lavorazione. Entrambe queste tecniche possono essere applicate attivamente o passivamente.
Come variano le vibrazioni a seconda del tipo di lavorazione eseguita? (h3)
Poiché le velocità di taglio coinvolte nelle operazioni di fresatura e tornitura ad alta velocità sono molto più elevate di quelle coinvolte nelle tipiche procedure di lavorazione, le vibrazioni possono rappresentare un aspetto particolarmente problematico di questi processi.
Quali sono le migliori pratiche per evitare o ridurre le vibrazioni durante la lavorazione? (h3)
La modifica della geometria di taglio, l'utilizzo di una macchina utensile con un grado di rigidità più elevato, l'ottimizzazione dei parametri di taglio e l'applicazione di tecniche di controllo delle vibrazioni attive o passive sono alcune delle migliori pratiche che possono essere utilizzate nella lavorazione per evitare o ridurre le vibrazioni.
Conclusione
In sintesi, le vibrazioni durante la lavorazione sono causate da varie vibrazioni che possono verificarsi durante il processo di taglio e possono avere effetti dannosi sulla produttività e sulla precisione. Il modo più efficace per ridurre o evitare le chiacchiere è innanzitutto adottare misure per prevenirle.
Questo può includere:
- Selezione di un materiale per utensili affilato con un angolo di spoglia basso;
- Aumento della rigidità dell'utensile utilizzando un portautensile più rigido e aumentando la velocità del mandrino;
- Installazione di contrappesi, materiali di smorzamento e dispositivi di sintonizzazione della frequenza lungo le guide della macchina utensile
- Utilizzando metodi di controllo attivo come lo smorzamento attivo delle vibrazioni;
- Mantenere la stabilità della macchina con una corretta manutenzione e lubrificazione;
- Bilanciamento del peso del pezzo con supporti o dispositivi aggiuntivi;
- Utilizzo di utensili con taglienti multipli o utensili a punta estesa;
- Sfrutta le moderne funzionalità del software CAM che riducono i disturbi indesiderati durante la lavorazione.
L'adesione a questi metodi comporterà un aumento del tempo produttivo derivante dalla riduzione delle vibrazioni di taglio.
