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Hideyuki Fujii Gifu Aero Group, Aerospace Dept. In azienda dal 2015 / Shogo Tanaka Group Leader, Gifu Aero Group Assistant Manager, Aerospace Dept. In azienda dal 1999 / Hiroki Okumura Production Engineering Group, Alloy Production Dept. In azienda dal 2014 

La serie DSA, presentata a settembre 2019, è stata sviluppata per la lavorazione di leghe resistenti al calore comunemente utilizzate nei motori aeronautici. Nel processo di lavorazione di tali leghe, il calore generato dall'attrito può facilmente accumularsi provocando l'indurimento. Per questo motivo, gli utensili da taglio devono garantire precisione e durata. L'impegno profuso dai ricercatori nello sviluppo delle complesse caratteristiche richieste - che li ha visti impegnati in ripetuti test sul campo effettuati nell'arco di tre anni - ha portato alla realizzazione di prodotti innovativi. 

Tre tecnologie eccezionali e materiali in metallo duro a loro supporto

-  Perché è stata sviluppata la serie DSA?

Tanaka:"Secondo le previsioni pubblicate prima del COVID-19, il mercato aeronautico richiederebbe più di 40.000 nuovi velivoli nei prossimi 20 anni. Poiché ognuno di questi necessita di almeno due motori, se ne dovranno produrre non meno di 80.000. Per la loro realizzazione si dovrà fare ricorso anche a utensili per la lavorazione dei materiali che li compongono. Sebbene Mitsubishi Materials producesse punte WSTAR per uso universale e disponesse di un'ampia gamma di punte per diversi materiali (tipologie M, K, N, H), non aveva ancora a disposizione punte per la lavorazione di leghe resistenti al calore (tipo S). Ecco perché negli ultimi anni lo sviluppo della serie DSA e la risposta alle esigenze del mercato hanno rappresentato un aspetto importante per l'azienda".

Fujii:"Nell'ottobre 2016 è stato istituito l'Aerospace Department. Sono stato assegnato al reparto e incaricato dello sviluppo della serie DSA di punte in metallo duro per la lavorazione di leghe resistenti al calore".

 

- Quali sono le condizioni richieste per gli utensili da taglio resistenti al calore?

Fujii:"I componenti degli aerei richiedono un'affidabilità assoluta e i materiali sono costosi. Pertanto, è di fondamentale importanza raggiungere un'elevata precisione di lavorazione per evitare sprechi dovuti ad eventuali difetti. Inoltre, gli utensili in metallo duro sono costosi, i clienti potrebbero quindi volerli rigenerare e riutilizzare per ridurre i costi. Per questo è importante progettare geometrie facili da riaffilare e rivestire". 

Okumura:"Condizioni assolutamente necessarie per i materiali considerati sono state durezza, robustezza e durata, in quanto le caratteristiche del metallo duro cambiano in modo significativo a seconda del rapporto tra carburo di tungsteno e cobalto. Dopo ripetuti tentativi ed errori abbiamo sviluppato il DP9020, un nuovo materiale in metallo duro rivestito in PVD che offre maggiore durezza e robustezza, nonché resistenza all'usura".

- Quali sono i tre principali fattori distintivi della serie DSA?

Fujii: "Refrigerante, onatura e tagliente sono tutti fattori importanti. Quando si lavorano leghe resistenti al calore, lo scarico del refrigerante influenza in modo significativo la lubrificazione e la capacità di raffreddamento. Il foro per il passaggio del refrigerante ha una forma triangolare, dalle prestazioni già collaudate. Si è constatato che questa forma aumenta la lubrificazione senza ridurre la rigidità della punta. Per quanto riguarda l'onatura, strettamente correlata all'affilatura e alla durata, abbiamo cercato una forma in grado di ottenere una generazione di trucioli regolare e che potesse resistere alla scheggiatura dei taglienti. Dopo aver valutato la larghezza ideale e la forma del tagliente, abbiamo ridotto al minimo l'area di contatto per limitare il calore della lavorazione e ridurre l'indurimento". 

Tanaka:"Nella lavorazione di leghe resistenti al calore, il refrigerante riveste un ruolo estremamente importante. Pertanto, durante lo sviluppo, abbiamo prima definito le specifiche del foro per il refrigerante, quindi ottimizzato la forma, l'onatura e il margine del tagliente. Oltre alle simulazioni che hanno interessato il fluido e la rigidità, abbiamo monitorato la generazione dei trucioli con una videocamera ad alta velocità. In questo modo abbiamo potuto adattare la forma in fase di progettazione". 

Cercare la soluzione migliore attraverso test approfonditi sul campo

- Qual è stata la priorità durante il processo di sviluppo?

Fujii:"Per quanto riguarda l'onatura, che influisce sulla durata dell'utensile, abbiamo esaminato i precedenti progetti e abbiamo dedicato il tempo necessario all'individuazione della forma migliore. Abbiamo ripetuto il processo di verifica e di valutazione delle ipotesi. Non è possibile determinare la presenza di difetti imprevisti negli utensili prima della lavorazione vera e propria". 

Okumura:"La priorità è stata la stessa di quella del materiale in metallo duro. Abbiamo verificato la consistenza del materiale in metallo duro utilizzato per le punte prototipo e abbiamo ripetuto questo processo sui materiali utilizzati nelle reali punte per la produzione. Ciò si è reso necessario in quanto le dimensioni del lotto del materiale utilizzato per i test delle punte prototipo e quelle del materiale impiegato nella fabbricazione delle punte per la produzione in serie sono molto diverse. Variazioni nella qualità dovute a questa diversità nelle dimensioni del lotto potrebbero portare a differenze nelle condizioni di produzione tra i test e la produzione in serie. È per questo motivo che il controllo della qualità e della conformità rappresenta il momento chiave nello sviluppo dei materiali.

- Com'è stato il processo di sviluppo?

Tanaka:“Abbiamo iniziato lo studio nell'ottobre 2016, nello stesso periodo in cui è stato istituito l'Aerospace Department. Ci sono voluti circa due anni per completare lo studio di base, compresa la progettazione, la creazione e la valutazione di un prototipo, quindi abbiamo ripetuto i test sul campo parallelamente alla verifica in vista della produzione in serie. Di conseguenza, ci è voluto quasi il doppio del tempo che impieghiamo per sviluppare un prodotto standard". 

Fujii:"Anche se abbiamo impiegato più tempo per lanciare il prodotto, la nostra Divisione vendite ha cominciato a pubblicizzarlo attivamente presso i clienti durante lo studio, consentendoci di raccogliere informazioni da una più ampia casistica di lavorazioni. Infatti, i clienti impiegano gli utensili per lavorare materiali in forme complesse, non solo nei blocchi standard utilizzati durante i test interni. Gli utensili devono funzionare nell'ambiente di produzione dei clienti, non solo in quello di test. Conoscere le prestazioni del prodotto utilizzato dai clienti reali è stato estremamente importante per noi".

Okumura: Con l'avvicinarsi dell'introduzione sul mercato, dovevamo prendere in considerazione i materiali per una produzione in serie. Anche se il nostro prototipo poteva essere realizzato a regola d'arte, dovevamo affrontare varie problematiche prima della commercializzazione del prodotto vero e proprio. Dopo aver consolidato il processo di produzione, avevamo bisogno di soddisfare le richieste dei clienti a seguito del lancio sul mercato. È per questo motivo che dobbiamo continuare a migliorare". 

- Vorreste aggiungere qualcosa per i nostri lettori?

Tanaka:"Ovviamente, per motivi di sicurezza, i componenti aeronautici devono essere assolutamente affidabili. Ciò vale in particolare per i pezzi utilizzati nei motori. I nostri utensili hanno ottenuto l'approvazione per l'utilizzo nella lavorazione dei componenti del motore attraverso prove sul campo, un risultato che ha accresciuto la nostra fiducia. È già stato organizzato il sistema di fornitura a livello globale per la serie DSA (compresa la riaffilatura e il processo di rivestimento), che consente ai clienti di essere certi di ricevere tempestivamente i pezzi di cui hanno bisogno. Siamo inoltre in grado di rispondere prontamente alle richieste di prodotti speciali, e stiamo progettando di espandere l'utilizzo del prodotto all'industria dei macchinari elettrici pesanti."   

Fujii:"Più clienti utilizzano i prodotti, maggiore vantaggio possiamo trarre dal loro feedback sulle prestazioni in un'ampia gamma di condizioni. Dobbiamo analizzare tali valutazioni per prepararci a rispondere in modo sollecito ai singoli casi. Per questo è necessario un sistema che ci consenta di soddisfare in modo rapido e accurato le esigenze dei clienti".

Okumura:"Il lancio di nuovi prodotti è solo l'inizio del progetto, non l'obiettivo. Per noi è importante rispondere in modo appropriato all'ampia varietà di richieste dei clienti che hanno utilizzato i prodotti presso i loro stabilimenti. Non esitate a contattarci per qualsiasi informazione o problema di piccola o grande entità".