Kennametal espande l'innovazione nel taglio dei metalli con un utensile stampato in 3D per Voith, fornitore leader nel settore automobilistico
Sulla base del successo ottenuto dal suo pluripremiato utensile di barenatura dello statore, stampato in 3D e destinato alla lavorazione dei veicoli elettrici, Kennametal ha sviluppato per Voith un innovativo utensile per l'alloggiamento della trasmissione stampato in 3D che riduce il peso di circa il 45% e il tempo di lavorazione di circa il 50%.
Poiché i componenti di trasporto diventano sempre più sofisticati e i requisiti sempre più severi, per la loro lavorazione i produttori hanno bisogno di soluzioni di utensileria complesse. Ciò comporta dover affrontare una sfida impegnativa, perché il peso di tali utensili può diventare eccessivo per un funzionamento efficiente con i centri di lavorazione, i cambiautensili e i magazzini utensili. Inoltre, gli operatori macchina potrebbero avere difficoltà a gestire l'utensile.
Una recente collaborazione tra Kennametal, leader nelle tecnologie industriali, e Voith, fornitore leader di tecnologie di azionamento, mostra come la stampa 3D, o produzione additiva, permetta di creare nuove soluzioni di utensili più leggeri in grado di superare queste sfide e migliorare la produttività e l’efficienza.
La sfida: lavorare a macchina più fori di grande diametro con tolleranze strette usando i centri di lavoro esistenti
Voith desiderava una soluzione innovativa per ottimizzare ulteriormente i processi di lavorazione degli alloggiamenti della trasmissione. L'azienda aveva bisogno di un utensile multifase in grado di lavorare più fori in un'unica operazione per rispettare le tolleranze richieste. L'utensile doveva anche avere due taglienti effettivi sui diametri principali per ottenere il tempo ciclo specificato. Infine, l'utensile doveva pesare meno di 12 kg, per soddisfare i requisiti relativi al cambio utensile e al momento flettente sulla catena dell'utensile.
"La lavorazione di finitura di un grande alloggiamento in alluminio con fori multipli fino a 350 mm e grado di tolleranza IT7 è un'applicazione impegnativa", ha dichiarato Werner Penkert, responsabile ingegnerizzazione di prodotto. “Per lavorare fori di simili dimensioni con tolleranze così strette abbiamo bisogno di utensili molto rigidi, il che in genere comporta un peso elevato. Se prodotta con metodi convenzionali, una tipica soluzione di utensileria per questo tipo di applicazione potrebbe pesare fino a 25 kg, troppo per le macchine esistenti o per un operatore che lavori con l'utensile".
Incuriosito dal modo in cui Kennametal ha sfruttato la stampa 3D per produrre un utensile più leggero per la barenatura dello statore per la lavorazione dei veicoli elettrici, il team Voith si è rivolto al leader della tecnologia industriale per collaborare a una soluzione.
"L'approccio innovativo di Kennametal alla stampa 3D ci ha entusiasmato e ispirato a intraprendere questo percorso insieme", afferma Friedrich Oberländer, direttore della tecnologia di produzione di Voith.
La soluzione: L’esperienza Kennametal nel design generativo e nella stampa 3D
Come nel caso dell'utensile di barenatura dello statore, Kennametal ha sfruttato la sua esperienza nella produzione additiva di metalli e il concetto di progettazione generativa per soddisfare gli impegnativi requisiti dell'utensile per trasmissioni Voith.
Nella produzione sottrattiva convenzionale, il peso viene ridotto asportando il materiale in eccesso. Con la stampa 3D, invece, i produttori possono partire da zero e inserire il materiale solo dove serve, ottenendo geometrie più leggere e complesse, non realizzabili con i processi di produzione tradizionali.
Per sfruttare appieno la libertà di progettazione dell'additivazione, Kennametal ha utilizzato la progettazione generativa, un processo iterativo che ottimizza la progettazione di parti stampate in 3D per soddisfare una serie di vincoli specifici dell'applicazione. Il processo di progettazione generativa spesso si traduce in forme complesse e organiche che ricordano le strutture presenti in natura.
Nel caso dell'utensile Voith, la progettazione generativa ha affrontato direttamente le forze di lavorazione sull'utensile, consentendo a Kennametal di progettare una soluzione ottimizzata per la stabilità, la rigidità, il bilanciamento e l'alimentazione del refrigerante, con un peso di soli 11,5 kg.
Kennametal ha applicato la propria esperienza non solo alla produzione additiva, ma anche alla lavorazione per produrre l'utensile. Le sedi dell’utensile sono lavorate con precisione e progettate per essere utilizzate in combinazione con la collaudata tecnologia degli inserti RIQ di Kennametal.
"L'additivazione è uno dei tanti strumenti a nostra disposizione, ma abbiamo anche applicato la nostra profonda esperienza nella lavorazione di precisione per sviluppare una soluzione innovativa che affronti in modo efficiente le sfide della barenatura di fori profondi in combinazione con più diametri di grandi dimensioni", spiega Penkert.
Il disegno dell'utensile Kennametal per l'alloggiamento della trasmissione stampato in 3D imita le forme organiche presenti in natura, garantendo al cliente Voith un peso ridotto e un abbattimento del 50% dei tempi di lavorazione. Credito per l’immagine: Kennametal
Il risultato: riduzione dei tempi di lavorazione di oltre 50%.
Lavorando in stretta collaborazione con Voith, Kennametal ha realizzato un prototipo di utensile e lo ha messo alla prova nel suo centro di dimostrazione di Fürth, Germania, che fa parte di una rete globale di centri di prova e dimostrazione in cui l'azienda collabora con i clienti per progettare, iterare e convalidare soluzioni di lavorazione.
Questa soluzione ha richiesto notevole impegno per soddisfare i requisiti di produzione e di qualità dei pezzi. La simulazione del progetto, la produzione additiva e le prove pratiche condotte nel centro dimostrativo hanno consentito al team di convalidare i risultati della lavorazione. Voith ha quindi condotto i primi test in loco, seguiti da test a lungo termine nella produzione in serie. Sono stati implementati ulteriori requisiti dei clienti e lo strumento è stato perfezionato e finalizzato congiuntamente.
"Fin dal primo utilizzo, l'utensile Kennametal ha dimostrato di possedere qualità e capacità prestazionali eccezionali, garantendo una riduzione del 50% del tempo di lavorazione e soddisfacendo al contempo i requisiti di precisione e finitura superficiale". Inoltre, il peso ridotto limita il carico sul caricatore, sul cambio utensili e sul mandrino, riducendo efficacemente i costi di manutenzione”, ha dichiarato Oberländer. “La nostra collaborazione con Kennametal mostra chiaramente l'enorme potenziale di innovazione della produzione additiva quando viene applicata in una partnership di questo tipo”.
