10 suggerimenti per lavorare alluminio su un router

Pietro Meloni Guide, Tecniche di officina 1 Comment

Spesso mi chiedono se è possibile lavorare l’alluminio con dei router CNC. Questa macchine vengono prevalentemente usate per lavorare legno e plastica. La mia risposta a questa domanda è sempre “Si, se con i giusti accorgimenti”.

Ci sono alcune cose da ricordare riguardo alle differenze tra l’alluminio (ed altri metalli) e il legno/plastica. Per prima cosa, hanno parametri di rotazione ed avanzamento ottimali diversi. Operando al di fuori di questi parametri ottimali, si può causare la rottura dell’utensile, un consumo eccessivo e nel migliore dei casi una finitura imperfetta. In effetti, i parametri ottimali possono variare all’interno di alcuni accoppiamenti regime/avanzamento, a seconda dei risultati che si vogliono ottenere.

La seconda cosa, ben nota a chiunque abbia lavorato l’alluminio con qualsiasi utensile, è che questo materiale tende ad “impastare”. I trucioli tendono ad “incollarsi” sull’utensile. In alcuni casi, i trucioli letteralmente si saldano all’utensile. Una volta che si formano depositi gommosi sull’utensile, ques’ultimo non è più per questo mondo, specialmente ad elevati regimi.

Nonostante queste problematiche, è possibile lavorare con successo l’alluminio praticamente su qualsiasi router. Ci sono dieci suggerimenti da seguire, per lavorare l’alluminio con successo:

1 – Non avere fretta

Un router CNC può lavorare l’alluminio, ma non è la macchina ideale per farlo. Il prezzo che si paga è un generale rallentamento del processo di lavorazione. Nota: non mi riferisco in termini letterali alla necessità di ridurre i parametri di regime ed avanzamento, ma piuttosto al fatto che in termini generali l’MRR è inferiore rispetto a quello ottenibile con una fresatrice dotata di una struttura specifica per lavorare alluminio. Inoltre, un router di medio-grandi dimensioni può ospitare molto più materiale sul piano di lavoro di quanto non possano fare la maggior parte delle fresatrici CNC. Quindi, caricate il materiale, premete il pulsante verde, rilassatevi e andate a fare una passeggiata…

2 – Usare un calcolatore di avanzamenti e regime

Tenete conto che opererete in prossimità dei limiti di quello che la vostra macchina può verosimilmente affrontare. Tagliare alluminio su un router non è un gioco da ragazzi, perciò fatelo bene. Non fissate i parametri di taglio “ad orecchio”, basandovi sul rumore della lavorazione, come facevano gli operatori di fresatrici manuali. State operando con una macchina CNC, ed un percorso che si dipana tra tratti lineari e curvi, spigoli e pocket. Un minuto le cose vanno bene. Il minuto dopo, l’utensile si è spezzato e schizza rimbalzando per l’officina… Così, procuratevi un calcolatore di avanzamenti e regime, ed usatelo. Molti vanno bene. Un buon calcolatore è G-Wizard Feeds and Speeds Calculator.

Una volta che avrete effettato i calcoli,   vi accorgerete che probabilmente il regime di rotazione suggerito è troppo basso. Una delle caratteristiche comuni alla maggior parte dei router CNC è il loro mandrino ruota a regimi molto più veloci rispetto alla maggior parte delle fresatrici CNC. Mediamente, le più recenti fresatrici CNC raggiungono un regime massimo di 10.000 giri, mentre il router CNC non possono funzionare così lentamente. La vita per loro inizia a circa 20.000 giri minuto. I prossimi due suggerimenti sono focalizzati su soluzioni a questo problema.

3 – Utilizzare utensili in carbide con rivestimento

un modo per superare i regimi rotazione raccomandati e quello di impiegare utensili ben felici di andare così veloce. Il parametro relativo a questo aspetto viene spesso denominato “velocità superficiale” o “velocità lineare di taglio”. Gli utensili in carbide possono raggiungere velocità lineare di taglio molto maggiori rispetto agli utensili HSS. Dimenticate gli utensili HSS e quelli trattati al cobalto per la maggior parte dei casi. Particolari trattamenti superficiali come il TiAIN possono permettere agli utensili di operare a velocità ancora più elevate. Acquistate utensili in carbide integrale trattati al TiAIN. Costano un po’ di più, ma possono cambiare così tanto il risultato da risultare denaro davvero ben speso.

Ad esempio, supponiamo che si debba ricavare una gola usando un utensile da 6,35 mm. Selezionando un utensile in HSS, G-Wizard suggerisce un regime di 5877 giri/min., e un il mandrino di un router raramente può funzionare a questa velocità. Passando ad un utensile in carbide rivestito TiAIN, il regime raccomandato diviene di 16897 giri/min., più prossimo alle possibilità del mandrino. Questo, con una velocità superficiale di 1106 SFM. Su alluminio, è possibile spingere il regime sino a 20000 giri/min. per questa lavorazione, senza incontrare eccessivi problemi.

4 – Usare utensili di piccolo diametro

Un altro modo per superare i regimi di rotazione raccomandati è quello di impiegare utensili di piccolo diametro. Dimenticate le frese piane da 12 mm. Usate al massimo frese da 6 mm o meno. Dal momento che il diametro viene ridotto, gli utensili dovranno essere più rigidi, per evitare che la deflessione possa rappresentare un problema. Il carbide è molto più rigido rispetto all’HSS, e questa è un’ulteriore ragione per preferirlo.

Facendo riferimento all’esempio della raccomandazione 3, supponiamo di utilizzare anziché una fresa da 6,35mm venisse utilizzata una fresa da 4,75 mm. Questo relativamente piccolo cambiamento comporterebbe un regime suggerito di 21241 giri/min, molto simile al regime ideale di un tipico mandrino di router. Diviene facile a questo punto ridurre il regime a 20000 giri, guadagnando una superiore durata dell’utensile.

La morale è che bisogna porre molta attenzione nella scelta dell’utensile rispetto alle potenzialità della macchina.

5 – Essere paranoici rispetto all’evacuazione del truciolo

La cattiva evacuazione del truciolo è la principale causa di rottura degli utensili. Siate paranoici riguardo all’evacuazione del truciolo.  Non fate troppo conto su un generico sistema di aspirazione trucioli, a meno che non abbiate verificato che sia in grado di rimuovere i trucioli anche dalla cava più profonda. E molto più affidabile un sistema di soffiaggio ad aria compressa fissato sul mandrino, in modo che l’ugello sia direttamente orientato sul punto di lavorazione. Se tentate di eseguire manualmente quest’operazione, con la pistola del compressore in mano (o peggio, con un pennello), allora non siete abbastanza paranoici riguardo all’evacuazione del truciolo.

NOTA: in alcuni router l’elettronica o le guide possono non essere sufficientemente protetti per consentire il soffiaggio dei trucioli; trattandosi di metallo potrebbero verificarsi dei cortocircuiti. Accertatevi che per la vostra macchina non vi siano controindicazioni per questa pratica.

6  -Fare attenzione ai tagli profondi e alle gole

La rimozione dei trucioli in queste aree è molto più complessa.Più profondo è il taglio (o peggio, il foro), più complessa è la rimozione del truciolo di lavorazione. Effettuate più passate per raggiungere la profondità desiderata, e per ottenere trucioli più leggeri da evacuare.

7 – Utilizzare la microlubrificazione

Assumendo che siate sufficientemente paranoici rispetto all’evacuazione dei trucioli, il successivo passaggio è provvedere un’adeguata lubrificazione, per evitare che una parte di questi ultimi aderisca ai taglienti dell’utensile. Dovete necessariamente impiegare un lubrificante. Dal momento che presumibilmente avete già predisposto il convogliamento di un flusso di aria compressa sull’utensile, attraverso lo stesso circuito potete anche provvedere alla lubrificazione. In effetti, è sufficiente aggiungere un sistema di microlubrificazione per poter raggiungere la zona di lavoro con uno spray lubrificante. E’ facile e relativamente poco costoso. Alcuni sistemi di lubrificazione minimale sono particolarmente efficaci, consumano minime quantità di olio ecologico e non producono nebbie dannose.

8 – Non ridurre gli avanzamenti eccessivamente!!!

Se il feedrate viene eccessivamente ridotto, rischiate di sporcare l’utensile anziché tagliare. Questo è un rischio maggiore per un router che per una fresatrice, dal momento che il mandrino gira molto più velocemente. Per mantenere una corretta asportazione con regimi elevati, è necessario che il taglio avvenga velocemente. Ad esempio, il nostro utensile da 4,35 mm vuole “mangiare” a 2300 mm/min. Riducendo drasticamente l’avanzamento (es., portandolo ad ¼ di questo valore), si potrebbe pensare che l’usura della macchina e dell’utensile possano trarne beneficio. Niente di più falso. Il calore generato a 20000 giri ridurrebbe sensibilmente la vita utile dell’utensile.

9 – Se la macchina non è sufficientemente veloce da consentire adeguati avanzamenti, ridurre il numero dei taglienti

Normalmente si utilizzano per l’alluminio utensili con 3 o meno taglienti. Gli utensili a 4 taglienti non sono neppure da prendere in considerazione per l’alluminio. La ragione di questo è che l’alluminio tende a produrre trucioli particolarmente larghi. Minore è il numero di taglienti, più spazio di evacuazione è disponibile tra questi ultimi. Più spazio, che consente ai trucioli larghi di venire convenientemente evacuati. Con troppi taglienti, i trucioli vengono compressi lungo il percorso di evacuazione, intasano l’utensile e rapidamente lo rompono. Immaginiamo che stiate usando il calcolatore per determinare gli avanzamenti e il regime, e proviamo ad ipotizzare qualche dato. Con il solito utensile da 4,35 mm, ad un regime di 21000 giri/min., supponiamo di asportare 1mm per passata. G-Wizard suggerisce una fresa piana a 3 taglienti con un avanzamento di 6500 mm/min. Ipotizziamo che il vostro router possa lavorare in modo accurato solo fino a 2500 mm/min. Cosa fare?

La risposta è utilizzare un utensile con meno taglienti. Un utensile con due taglienti richiede con gli stessi parametri un avanzamento di 2700 mm/min. Ridurre l’avanzamento a 2500 mm/min. non comporta un grave rischio, poiché la riduzione è inferiore al 10%.

Tra parentesi, stiamo parlando di tagliare alluminio, ma questo problema si può riscontrare (anche con conseguenze peggiori) tagliando legno. Provate ad impostare questi valori con G-Wizard, e a selezionare come materiale il legno duro. Otterrete una velocità di avanzamento ottimale di 21.150 mm/min. per il regime di 20000 giri/min.!

Beh, per fortuna sono disponibili anche utensili monotaglienti, che permettono di affrontare con successo queste situazioni.
Se in questo scenario passiamo ad un utensile monotagliente con un regime di 20000 giri/min., la raccomandazione di GW si riduce a 7400 mm/min. Se il legno si brucia, l’avanzamento è troppo basso e l’utensile sta raccogliendo polvere di truciolo.

L’altro aspetto da tener presente è lo “spessore radiale del truciolo”. Se la profondità del taglio è inferiore ad ½ del diametro utensile, è necessario aumentare l’avanzamento, perché la macchina produce uno spessore radiale “innaturale”. Di nuovo, si potrebbe pensare che con passate “ultraleggere” e bassi valori di avanzamento si possa prolungare la vita dell’utensile. Al contrario, a causa del fattore “spessore radiale truciolo” e della polvere che si crea, la vita dell’utensile viene drasticamente ridotta. G-Wizard Feed and Speeds Calculator tiene automaticamente conto di questo fattore.

10 – Usare un limitatore di potenza per compensare la limitata rigidità

Ok, avete adottato tutti i nove suggerimenti, e le cose sembrano andare per il meglio. Ma ora va affrontato il problema della rigidità della macchina. Se lavorate a piena potenza, vi aspettano brutte sorprese. La macchina si muove a scatti e distrugge l’utensile, la finitura è pessima, o il telaio si flette e il taglio risulta molto inaccurato.

Le forze di taglio implicate nel taglio del metallo sono molto maggiori rispetto a quelle necessarie per il legno, e i router CNC (in genere con una struttura a ponte Gantry) sono considerevolmente meno rigidi di una equivalente fresatrice CNC. Questo è semplicemente un dato di fatto. Basta comparare il rapporto tra campo di lavoro utile (considerevolmente inferiore in una fresatrice) e il peso della macchina (considerevolmente superiore), per ottenere valori di “peso specifico” completamente differenti. Ad eccezione che per i grandi router industriali, non c’è paragone tra una fresatrice ed un router. E per questa ragione, un router non sarà mai rigido quanto una fresatrice. Quindi, dobbiamo compensare questa carenza.

Non sappiamo esattamente quanto sia rigida una macchina. Non ci sono specifiche riguardo a questo aspetto che possiamo usare per comparazioni o calcoli. Ma possiamo usare la potenza del mandrino come un valore di riferimento. Questa potenza “è applicata” alla parte durante la lavorazione, e la rigidità deve essere sufficiente a contrastare questa “spinta”. G-Wizard è in grado di calcolare la riduzione di potenza necessaria in relazione al campo di lavoro utile e al peso della macchina, fornendo indicazioni sulla appropriata potenza del mandrino per quel dato livello di rigidità. I risultati possono essere sorprendenti, ma sono basati su misurazioni empiriche reali.

Ad esempio, supponiamo di lavorare con un router da 1200 x 2400 mm con una corsa Z di 500 mm che pesi 450 Kg. Notare che anche una leggera fresatrice commerciale ha un rapporto peso-corse totalmente differente. Ad esempio, una Haas TM-1 ha corse di 760x300x400 mm ed un peso di 1450 Kg. Per ottenere lo stesso livello di rigidità di una Haas TM-1 (che comunque non è certo all’apice, in termini di rigidità), secondo i calcoli di GW dovremmo ridurre la potenza mandrino a 0,17 Hp.

La riduzione porterebbe i valori a 22000 giri/min ed un avanzamento di 2 mt/min per un cava di 4,35 mm ed un utensile a 2 taglienti. Ma otterremmo una buona qualità di finitura, e una minore tendenza della macchina a flettersi o muoversi a scatti.

Conclusioni

La lavorazione dell’alluminio su un router è generalmente fattibile. E’ questione di adattare i parametri correttamente alle capacità della macchina, preoccuparsi dell’evacuazione del truciolo ed adottare una conveniente lubrificazione.

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