L'officina meccanica di precisione CNC migliora il tasso di produzione di getti di alluminio di oltre l'80%

Alcuni anni fa, il peggioramento delle condizioni commerciali dei giacimenti petroliferi spinse Ogden, la LeanWerks dello Utah, a perseguire il lavoro in altri settori (tra cui quello aerospaziale e dell'automazione ad alta velocità) per stabilire una base di clienti più equilibrata e un flusso di lavoro più stabile. L'officina a contratto, ora registrata secondo lo standard aerospaziale AS9100C, ha anche iniziato ad adattare parte della sua capacità di lavorazione esistente per adattarsi meglio ai lavori di lavorazione che avrebbe incontrato in questi nuovi settori.

Reid Leland, presidente e cofondatore dell'azienda, cita un esempio: una fusione a cera persa in alluminio per l'alloggiamento del filtro del carburante di un motore a reazione. Quando LeanWerks venne introdotta a questo lavoro, il suo cliente, una fonderia aerospaziale, era in ritardo di quasi un anno rispetto al programma di consegna perché il processo di lavorazione interno, e quindi il ritmo di produzione, era lento. Di conseguenza, il suo cliente, l'OEM del motore a reazione su cui è installato questo alloggiamento, stava perdendo la pazienza e il ritardo causato dai ritardi con questo lavoro deludeva altri clienti. Pertanto, nel tentativo di alleviare un po' il carico sulle proprie risorse di lavorazione interne, la fonderia ha contattato LeanWerks per prendere in considerazione l'assunzione della lavorazione di tali pezzi fusi.

Sebbene molti ingegneri specifichino le fusioni a cera persa per la progettazione delle loro parti perché offrono complessità di forma con buona precisione dimensionale rispetto ad altri processi di fusione, tali componenti richiedono comunque lavorazione meccanica per ottenere un adattamento e un funzionamento accurati in assemblaggi ad alte prestazioni.

Tuttavia, la variabilità di questi tipi di pezzi grezzi e i relativi requisiti di tenuta del pezzo associati fanno sì che alcune officine evitino di intraprendere questo tipo di lavoro di lavorazione.

Ad esempio, l'alloggiamento del filtro del carburante richiede molteplici operazioni di lavorazione, tra cui fresatura di fori profondi, alesatura, sfacciatura, foratura, maschiatura, scanalatura del diametro interno e contornatura 3D. Inizialmente, LeanWerks pensava di poter completare il lavoro utilizzando diversi setup su una fresatrice a tre assi e un setup su un centro di tornitura. Alla fine ha deciso che questa non era la strategia migliore, perché le strette tolleranze di posizione della parte con un complicato schema di riferimento non sarebbero state ottenibili a causa delle molteplici configurazioni.

LeanWerks ha invece considerato come sfruttare la capacità di fresatura della sua tornitrice Mazak Integrex i200S per ridurre al minimo il numero di volte in cui il pezzo viene toccato durante la lavorazione. L'officina ha utilizzato questa macchina principalmente per produrre inserti conici per valvole a maschio per operazioni di pompaggio ad alta pressione nell'industria del petrolio e del gas, come quelli richiesti per le applicazioni di fratturazione idraulica e di tubi a spirale. L'Integrex era particolarmente adatto per la parte dell'inserto della valvola perché poteva sia ruotare il diametro esterno conico della parte sia fresarne i fori di flusso interni dell'asse trasversale. La macchina poteva anche fresare gli O-ring associati ai fori, il che richiedeva un'operazione di contornatura a cinque assi a causa della superficie conica dei fori.

Detto questo, la lavorazione della parte dell'alloggiamento del filtro del carburante sulla tornitrice, un lavoro che non richiedeva tornitura, ha presentato numerose sfide. Ad esempio, l’alluminio pressofuso di tipo aeronautico A356.0 ha un elevato contenuto di silice e può essere duro con gli utensili da taglio.

Inoltre, la geometria del pezzo presenta molteplici caratteristiche ad angoli multipli su tutte le facce (incluso un raccordo critico all'interno del fondo della fusione profonda 13 pollici) e le aree a pareti sottili creano problemi di vibrazione durante la lavorazione. Inoltre, la parte con struttura di riferimento complessa richiede tolleranze strette, inclusa una tolleranza di posizione effettiva di 0,25 mm su alcune caratteristiche ampiamente separate e tolleranze dimensionali di 0,01 mm e tolleranze di posizione effettiva di 0,05 mm per altre caratteristiche meno separate.

Di conseguenza, LeanWerks ha effettuato essenzialmente tre passaggi per consentire alla sua tornitrice di lavorare efficacemente cinque facce della fusione a cera persa in un unico setup. Il primo passo è stato progettare un dispositivo per sostenere la fusione e consentire l'esecuzione della lavorazione su cinque lati del pezzo. Un componente chiave del design di questo apparecchio è una culla che aggancia il corpo principale della fusione offrendo allo stesso tempo l'accesso alle funzionalità tra e accanto alle gambe della culla. Per fissare la fusione alla culla, è stato installato un meccanismo a catena e puleggia tra le gambe della culla per fornire una forza di serraggio distribuita uniformemente.