Taglio preciso ed efficiente di materiali di anima in struttura leggera
Con l’obiettivo di ridurre le emissioni di CO₂ e il consumo energetico a fronte di una mobilità in crescita, aumenta la domanda di materiali sempre più leggeri e al contempo più resistenti. In questo contesto, i materiali di anima in struttura leggera rivestono un ruolo fondamentale. La quota di questi materiali di anima è in aumento in molti settori, soprattutto in quello aerospaziale, dei veicoli da trasporto, dell’energia eolica ecc. La lavorazione di questi materiali di alta qualità richiede tecnologie di taglio specifiche per ottenere la massima precisione con una minima perdita di materiale.
I materiali di anima come i pannelli alveolari in aramide, alluminio e fibra di vetro vengono utilizzati, ad esempio, negli interni, nelle estremità delle ali, negli spoiler e in molte altre parti di aerei civili e militari, elicotteri, ecc. Per aumentare l’efficienza energetica, le pale dei rotori delle turbine eoliche diventano sempre più grandi. Di conseguenza, aumentano i requisiti relativi ai materiali leggeri. I materiali di anima per le pale del rotore sono, ad esempio, il PET (riciclato), le schiume rigide in PVC, il legno di balsa, ecc. Nei veicoli da trasporto, nei treni e nelle navi vengono utilizzati pannelli in schiuma rigida (ad es. PET, PU) e strutture a nido d’ape (ad es. PP) per realizzare elementi di finitura interna, pareti laterali, tetto, pavimento, pareti divisorie, impianti sanitari, ecc. In genere, questi materiali leggeri per anime vengono trasformati in una sorta di struttura a pannello sandwich, ad esempio rinforzandoli con fibre di vetro o di carbonio per aumentarne la stabilità.
Utilizzo di materiali di anima in struttura leggera - Esempi di applicazione
Requisiti del processo di taglio
Questi materiali di anima in struttura leggera, che si tratti di nido d’ape in aramide, schiuma rigida in PET, nido d’ape in PP o legno di balsa, vengono inizialmente prodotti sotto forma di blocchi grezzi di alta qualità mediante diversi processi costosi.
Uno dei processi principali nella catena del valore che porta ai prodotti finali sopra citati è il taglio orizzontale. Per ridurre al minimo lo spreco di materiali di alta qualità durante il taglio, l’obiettivo principale è ottenere un taglio molto sottile, garantendo al contempo elevata precisione e produttività: più sottile è il taglio, minore è la perdita di materiale del tubo durante il taglio. Per la produzione dei componenti sopra citati vengono utilizzate seghe a nastro orizzontali e lame speciali che soddisfano tali requisiti.
Con le seghe a nastro orizzontali, i clienti ottengono, nel taglio di pannelli alveolari in aramide con una larghezza di taglio superiore a 2 metri, ad esempio, spessori di taglio inferiori a 1 mm, a seconda del tipo di pezzo.
Per ottenere risparmi significativi sui materiali nel lungo periodo, ogni decimo di millimetro conta quando si parla di taglio. Allo stesso tempo, quando si utilizzano lame da sega molto sottili, è necessario rispettare tolleranze di spessore molto strette, inferiori a +/-0,15 mm.
Nell’utilizzo di pannelli in schiuma rigida di PET per le pale dei rotori negli impianti eolici, oltre alle tolleranze di spessore (nell’intervallo di +/- 0,3 mm), riveste un ruolo importante anche l’assorbimento di resina (resin uptake). Ciò dipende a sua volta dalla qualità della superficie dopo il taglio. Obiettivi diversi, quali una qualità ottimale della superficie unita a un’elevata produttività e uno spessore di taglio il più possibile ridotto, pongono requisiti elevati al processo di taglio e alla scelta delle lame adeguate.
Obiettivi relativi al processo di taglio e alla lama
A seconda dell’applicazione e del materiale, nel taglio dei nuclei per strutture leggere si possono prendere in considerazione diversi obiettivi, con un ordine di priorità variabile. Tra i compiti tipici figurano, tra l’altro, l’elevata precisione unita a una tolleranza di spessore ridotta, pari a soli +/- 0,05 mm per i pannelli alveolari in aramide. Il prossimo obiettivo è garantire la massima produttività possibile, con avanzamenti fino a 15 m/min nella lavorazione della schiuma rigida di PET. Un’altra esigenza relativa al processo di segatura è quella di ottenere una qualità superficiale ben definita, ad esempio una fibrosità minima nei nidi d’ape in aramide, l’assenza di graffi o un assorbimento ottimizzato della resina nella schiuma di PET e nel legno di balsa. Si ottiene una perdita di materiale minima grazie a uno spessore di taglio sottile e all’eliminazione di tagli di rifilatura superflui (ad esempio dopo la sostituzione della lama). Sono inoltre fondamentali un’elevata disponibilità delle macchine, il minor numero possibile di sostituzioni della lama, una lunga durata della lama e la ripetibilità dei risultati di taglio.
Per raggiungere gli obiettivi sopra indicati, l’utilizzo di lame per seghe a nastro adeguate, con parametri perfettamente adattati, riveste un ruolo fondamentale. Un’ampia finestra di processo offre la possibilità di ottimizzare questi obiettivi in base all’applicazione e alla priorità.
Nel centro di prova vengono testate, insieme al cliente, le lame da sega più adatte alla rispettiva applicazione. In questo contesto vengono utilizzate lame estremamente sottili (ad es. spessore 0,5 mm) fino a nastri robusti (ad es. spessore 1,1 mm e larghezza 34 mm) in diverse versioni: temprati alle punte dei denti, bimetallici, stellitati o con inserti in carburo, solo per citare alcuni esempi.
Oltre alla scelta della lama più adatta, per raggiungere gli obiettivi sopra citati vengono impiegate tecnologie specifiche, come ad esempio guide per lame altamente precise, protette dalla polvere e inoltre facilmente regolabili. Inoltre, è necessario raggiungere velocità elevate della lama di sega, superiori a 4.000 m/min. Un contributo importante è dato dal sistema intelligente di tensionamento delle lame: inserendo sul pannello di comando il valore di tensione desiderato, le lame vengono automaticamente sottoposte alla pressione di tensionamento calcolata. Il posizionamento della lama di taglio all’altezza di taglio desiderata, con una precisione di posizionamento di +/- 0,05 mm, avviene in modo dinamico e con estrema precisione. Anche il fissaggio preciso del pezzo, grazie a zone di aspirazione regolabili automaticamente in base alle dimensioni del pezzo, riveste un ruolo importante.
Soluzioni chiavi in mano con movimentazione dei materiali
Spesso si ricorre a soluzioni con seghe a nastro in cui i blocchi grezzi vengono caricati tramite un sistema speciale di movimentazione dei blocchi e i pannelli segati vengono prelevati manualmente. Tuttavia, vi è una crescente richiesta di soluzioni “chiavi in mano” da un unico fornitore, in cui l’alimentazione dei blocchi alla sega avvenga automaticamente tramite postazioni di stoccaggio temporaneo. Successivamente, i pannelli segati vengono scaricati automaticamente da un robot o da un sistema di movimentazione a portale e, se necessario, smistati. I pannelli passano quindi, ad esempio, attraverso una stazione di pulizia, proseguono verso il controllo qualità (peso, dimensioni, controllo a ultrasuoni, ecc.), vengono stampati e infine impilati. Sempre più spesso l’intero processo produttivo si svolge su un impianto di produzione interconnesso, realizzato da un unico fornitore.
Digitalizzazione del processo di segatura: il “Cockpit digitale”
La rappresentazione digitale del processo di segatura consente di massimizzare ulteriormente la produttività. Diverse app consentono di monitorare il funzionamento della sega a nastro e ne supportano l’analisi dei dati. Ciò avviene sia con l’ausilio di dati in tempo reale, sia sulla base di dati storici aggregati, che vengono continuamente archiviati.
L’app di monitoraggio registra, ad esempio, le velocità degli assi e i consumi elettrici degli azionamenti, ma anche i dati di posizione degli assi delle macchine e molto altro ancora. Ogni record dati può essere filtrato in base ai valori teorici e effettivi. Se un valore supera una soglia prestabilita, viene generato un allarme personalizzato tramite l’app Alarming. La direzione di produzione può intervenire immediatamente e analizzare l’anomalia.
Heermann Maschinenbau GmbH - HEMA
HEMA, un’azienda con oltre 100 anni di esperienza, sviluppa, produce e commercializza seghe a nastro e sistemi di taglio per diversi materiali e ambiti di applicazione. Il pezzo forte del portafoglio dell’azienda sono le soluzioni per il taglio di materiali leggeri, nonché di materiali da costruzione e isolanti. L’azienda fornisce soluzioni per il taglio a sega a nastro e altre tecniche di taglio, che spaziano dalle singole macchine alle linee complete per la lavorazione dei blocchi, comprensive di caricamento, taglio, rifilatura, movimentazione, trasporto, levigatura ecc. L’attenzione è rivolta a soluzioni flessibili, altamente precise e personalizzate in base alle esigenze del cliente. HEMA esporta in Europa, negli Stati Uniti e in Asia; la quota di esportazioni è pari al 90%.
Da gennaio 2022 HEMA fa parte del gruppo austriaco WINTERSTEIGER. Con la WINTERSTEIGER Sägen GmbH di Arnstadt, in Turingia, HEMA dispone di un referente interno al gruppo per lo sviluppo e la produzione di lame. Tra i partner figura anche la VAP-Wintersteiger GmbH di Mettmach (Austria), un’azienda specializzata nell’automazione con oltre 20 anni di esperienza nell’automazione delle linee di produzione. Come WINTERSTEIGER, anche HEMA è un’azienda specializzata con una posizione di leader tecnologico e qualitativo in un settore industriale di nicchia.
Heermann Maschinenbau GmbH
www.hema-saegen.de
72636 Frickenhausen / Germania