Doppio “assalto” all’albero a camme

03/05/2012 - Oliver Hagenlocher

Il mercato internazionale dell’automobile si trova di nuovo in una fase di espansione dinamica. Del tre percento è aumentato il numero di automobili vendute in tutto il mondo nell’anno 2011 rispetto al 2010, secondo le stime dell’istituto americano di ricerca Polk. La situazione produttiva di molte aziende automobilistiche e dei loro fornitori è quindi caratterizzata da una notevole dinamica. Le quantità necessarie “just in time” di un pezzo aumentano a ritmo estremamente rapido anche in tempi molto ristretti. E al tempo stesso la qualità è sempre messa sul banco di prova. Che le nuove tecnologie industriali possano affrontare perfettamente queste sfide è dimostrato da un’applicazione particolarmente complessa, che influisce in modo determinante sulla qualità di tutto il motore: la rettifica di alberi a gomiti e a camme. Con la rettifica a supporto sincrono ideata da EMAG è possibile migliorare fino al 70 percento la produttività della produzione dei pezzi.


Il mercato internazionale dell’automobile si trova di nuovo in una fase di espansione dinamica. Del tre percento è aumentato il numero di automobili vendute in tutto il mondo nell’anno 2011 rispetto al 2010, secondo le stime dell’istituto americano di ricerca Polk. La situazione produttiva di molte aziende automobilistiche e dei loro fornitori è quindi caratterizzata da una notevole dinamica. Le quantità necessarie “just in time” di un pezzo aumentano a ritmo estremamente rapido anche in tempi molto ristretti. E al tempo stesso la qualità è sempre messa sul banco di prova. Che le nuove tecnologie industriali possano affrontare perfettamente queste sfide è dimostrato da un’applicazione particolarmente complessa, che influisce in modo determinante sulla qualità di tutto il motore: la rettifica di alberi a gomiti e a camme. Con la rettifica a supporto sincrono ideata da EMAG è possibile migliorare fino al 70 percento la produttività della produzione dei pezzi.

La Cina, un caso esemplare: anche se il mercato automobilistico nazionale registra una crescita più modesta, il “Celeste Impero” continua a rappresentare il motore decisivo dello sviluppo economico sulla scena internazionale. Mentre nel 2009 erano stati prodotti in Cina circa 11 milioni di automobili, nel 2010 era già stata raggiunta la quota dei 14 milioni. Nel 2011 la produzione è cresciuta con un ritmo più moderato, raggiungendo i 15 milioni di automobili (fonte: PwC, Statista). Anche l’importazione di componenti per automobili, motori completi o cambi ha registrato un incremento eccezionale. Secondo quanto indicato dagli esperti di commercio estero della Germany Trade and Invest, la Cina ricopre già il ruolo di terzo importatore su scala mondiale. Come è possibile affrontare questi tassi di crescita nell’ambito di processi economici e altamente qualitativi, sia in luoghi di produzione già esistenti esterni alla Cina, sia al momento della pianificazione di nuovi centri di produzione su territorio nazionale?

L’esempio rappresentativo della lavorazione di alberi a gomiti e a camme
La produzione di alberi a gomito e a camme rappresenta in questo contesto un esempio eloquente, perché entrambi i componenti costituiscono il centro della produzione del motore e la loro geometria straordinaria richiede processi produttivi complessi. I relativi lavori di rettifica svolgono un ruolo particolarmente importante per il processo produttivo, perché devono garantire la precisione dimensionale dei componenti. Questi processi sono al tempo stesso lunghi e difficoltosi, specialmente per gli alberi di forma lunga e sottile, la cui lavorazione richiede spesso un impiego di numerose lunette di sostegno. Ciononostante, soprattutto per eliminare errori di oscillazione assiale, si possono impostare solo avanzamenti relativamente ridotti. Questo determina naturalmente un tempo ciclo elevato e un basso rendimento. “Avevamo ben presente questa problematica al momento di progettare una nuova tecnologia di rettifica sulla base di un serraggio verticale del pezzo. Il nostro obiettivo consisteva nel ridurre le forze che agiscono sul pezzo durante la rettifica. Questo rende possibili avanzamenti maggiori”, dichiara il dott. Guido Hegener, amministratore di EMAG Salach Maschinenfabrik GmbH.

Sul pezzo agiscono forze ridotte
Con la realizzazione della cosiddetta rettifica a supporto sincrono, che viene utilizzata sulle rettificatrici verticali VTC 315 DS di EMAG, i progettisti sono riusciti a trovare un punto di svolta per questa applicazione estremamente sensibile. Il principio si basa sull’impiego di due dischi abrasivi, che agiscono da due lati con direzioni di movimento contrapposte sull’albero a gomito o a camme. Le forze che normalmente intervengono nella direzione di avanzamento sono eliminate dalla disposizione frontale dei dischi abrasivi e dalla truciolatura simultanea. Inoltre viene utilizzato un unico supporto a comando CNC, che blocca il pezzo da un lato. Il pezzo quindi non può più spostarsi in nessuna direzione e anche le forze tangenziali vengono annullate. “Questa struttura ha molti effetti positivi”, dichiara Guido Hegener. “Da un lato, a causa del serraggio rigido, sono possibili avanzamenti maggiori durante la fase di rettifica di un albero a gomito o a camme. Dall’altro vengono utilizzati contemporaneamente due dischi abrasivi. In questo modo i tempi di lavorazione si riducono drasticamente rispetto alla tecnica di rettifica sinora utilizzata.”

La struttura verticale è vincente
Per la redditività della lavorazione risulta inoltre determinante il principio costitutivo della rettificatrice EMAG. Nella VTC 315 DS l’albero viene bloccato verticalmente. Il mandrino del pezzo si trova in alto, la contropunta in basso. In questa posizione avviene il processo completo di rettifica sull’albero.
Il posizionamento verticale del pezzo determina una caduta dei trucioli. In questo modo il materiale asportato viene rimosso insieme al refrigerante in modo particolarmente semplice ed efficace. Inoltre il refrigerante non scorre sulla struttura della macchina e la sua temperatura non è sottoposta a variazioni durante tutto il processo. “Questo è un punto che alla fine influisce direttamente anche sulla qualità della lavorazione, perché la differenza di temperatura nell’impianto è estremamente ridotta”, dichiara Guido Hegener. La struttura verticale agevola al tempo stesso anche la gestione dell’impianto e contribuisce a realizzare un ciclo di produzione efficiente.

Alberi a camme a 4 cilindri con elevata precisione dimensionale
Quali sono le esperienze maturate dagli utilizzatori con il principio della rettifica a supporto sincrono? “Le reazioni sono straordinariamente positive”, dichiara Guido Hegener. “Il principio è applicabile anche ad alberi di trasmissione, alberi cardanici, alberi delle pompe o alberi di equilibratura di lunghezza massima di 600 millimetri. La produttività registra sempre un immenso salto in avanti. I tempi di lavorazione si riducono parzialmente fino al 70 percento rispetto alla rettifica tradizionale.” A fronte di questo si consegue anche un miglioramento della qualità di lavorazione. Un caso significativo è l’esperienza riportata da un cliente con la produzione di un albero a camme per automobili a 4 cilindri. La lavorazione del cuscinetto di banco avviene in più sequenze, ciascuna con tempi di rettifica di 5 secondi. Nonostante i brevi tempi di rettifica, si generano oscillazioni assiali inferiori ai 10 µm. Questo valore è notevolmente inferiore al limite di tolleranza ammesso e rappresenta un miglioramento significativo rispetto alla tecnica di rettifica finora utilizzata, un vero e proprio salto di qualità.

Doppio assalto all’albero a camme
La rettifica a supporto sincrono non viene utilizzata in modo proficuo solo per la lavorazione circolare, ma anche per la lavorazione non circolare. Con alberi a camme a 4 cilindri è possibile lavorare simultaneamente coppie di camme, per tale scopo quattro dischi abrasivi eseguono contemporaneamente la rettifica. Con questa tecnica, da un lato si possono ridurre drasticamente i tempi di lavorazione, dall’altro aumenta la qualità della forma della camma. L’utilizzatore ottiene così un doppio vantaggio.
Grazie a questa lavorazione, EMAG può eseguire tutta la catena dei processi dell’albero a camme: centratura, tornitura, foratura fori lubrificazione, fresatura, rettifica circolare, rettifica non circolare con un unico serraggio verticale.   

Grandi opportunità di mercato
Non deve quindi certo stupire che con tali premesse i responsabili EMAG dispongano per questa tecnica di notevoli opportunità di mercato. Molti altri argomenti parlano a favore della rettifica a supporto sincrono: ad esempio i tempi di lavorazione molto più brevi incidono in modo positivo anche sul bilancio energetico. “Il consumo di ‘energy for piece’ si è ridotto notevolmente e da questo deriva una riduzione dei costi per l’utilizzatore”, conferma Guido Hegener. A ciò si aggiunge che gli impianti progettati verticalmente richiedono meno spazio di installazione rispetto alle macchine con struttura orizzontale. “Processi economici, facilità di utilizzo, alta qualità: i numerosi vantaggi della rettifica a supporto sincrono si imporranno sul mercato rispetto ai processi tradizionali di rettifica”, assicura Guido Hegener.

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Oliver Hagenlocher

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