Getto d'acqua contro fresatura: la sfida dell'ottimizzazione della materia prima

Articolo redatto da Guillaume JULLIAN di Mécanuméric Industrie e Benoît CANTIN / Metal-Interface

In settori esigenti, come quello aeronautico, dove il costo delle leghe di alluminio (tipo 2024 o 7075) è in costante aumento, la gestione della materia prima è un fattore essenziale per la redditività. Per i calderai e i subappaltatori, rimane una domanda: quale tecnologia privilegiare per il taglio? Se la fresatura è stata a lungo lo standard per la sua precisione, la tecnologia di taglio a getto d'acqua si impone oggi come alternativa, in particolare grazie alle sue superiori capacità di interleccamento.

Abbiamo condotto uno studio comparativo su una serie di 642 pezzi reali di lamieristica aeronautica per quantificare i risparmi di materiale e di efficienza tra questi due processi.
 

La scelta di una macchina non si limita alla sua meccanica; dipende anche dal software che gestisce la strategia di taglio e di nesting.

• Fresatura (esempi di software: Mecatype, Rhino, Mastercam, ecc.): Si tratta del campo della lavorazione pura. In questo caso, la programmazione è complessa. L'operatore deve scegliere gli utensili (fresette), definire le velocità di rotazione e le traiettorie per evitare strappi o surriscaldamenti.
   
• Getto d'acqua (esempi di software: IGEMS, Alma, TopSolid, ecc.): a differenza della fresatura, il software gestisce la maggior parte della strategia di taglio in base al materiale, allo spessore e alla qualità di finitura desiderata. La semplicità è tale che un operatore può diventare autonomo in soli tre giorni.
   

Per il nostro test abbiamo preso un lotto di 642 pezzi da realizzare in una lastra di alluminio di 1 m x 2 m.

Il processo di fresatura (software utilizzato: MECATYPE)

Nella fresatura, il vincolo principale è rappresentato dal diametro dell'utensile. Per rifilare i nostri pezzi, è stato necessario utilizzare due frese (di diametro 3 mm e 6 mm).

• Consumo: 5 lamiere intere.
  Vincoli: la fresatura richiede una distanza considerevole tra i pezzi per garantire la rigidità della lamiera durante la lavorazione e consentire il passaggio dell'utensile. Inoltre, spesso è necessario prevedere flange o sistemi di fissaggio che “occupano” parte della superficie del materiale grezzo.

Lo scenario «Jet d’Eau» (software utilizzato: IGEMS)

Grazie all'utilizzo della tecnologia a getto d'acqua abbinata all'intelligenza del software «IGEMS», i risultati sono:

• Consumo: solo 4 lamiere (per gli stessi 642 pezzi).
• Rendimento: un tasso di utilizzo del materiale dell'85%, ovvero solo il 15% di scarto.
• Il segreto: il “taglio comune”. Il getto d'acqua consente di realizzare tagli estremamente precisi (circa 1 mm). È quindi possibile effettuare il taglio comune, ovvero unire i pezzi tra loro in modo che un unico passaggio di taglio a getto d'acqua possa essere utilizzato per il taglio di 2 pezzi. Questo risparmio di spazio consente di risparmiare una lamiera intera, in questo caso su un lotto di medie dimensioni.

  

Bilancio dei materiali: il passaggio al taglio a getto d'acqua consente di risparmiare il 20% di materia prima (4 lamiere contro le 5 della fresatura). Nel settore aeronautico, dove il prezzo al chilo dell'alluminio è elevato, l'ammortamento della macchina si ripaga rapidamente solo grazie al risparmio di materiale.
 

Oltre al risparmio di materiale, il getto d'acqua offre vantaggi tecnici:

• Assenza di zona termicamente alterata (ZTA): si tratta di un argomento fondamentale per il settore aeronautico. Il getto d'acqua è un processo di taglio a freddo. A differenza del laser o della fresatura ad alta velocità, che possono alterare le proprietà meccaniche dell'alluminio in superficie, il getto d'acqua preserva l'integrità strutturale del metallo.

• Versatilità e spessore: Laddove la fresatura fatica sui materiali morbidi (gomme tecniche, schiume) o molto duri (compositi, titanio), il getto d'acqua taglia tutto. Passa da 0,5 mm a oltre 200 mm di spessore con lo stesso utensile: un'unica testa di taglio.

• Semplicità dei flussi: la gestione delle scorte è semplificata. Non è più necessario gestire centinaia di referenze di frese fragili e costose. L'abrasivo (sabbia) e l'acqua sono gli unici materiali di consumo.
   

Nonostante il predominio del getto d'acqua sulla fresatura a incastro, la fresatura conserva alcuni casi d'uso specifici in cui rimane la tecnica di riferimento:

1. Forme non passanti: per realizzare svasature, cavità o scanalature che non attraversano il pezzo.
    
2. Ultra-precisione: se un pezzo richiede una tolleranza inferiore al decimo di millimetro (H7, ecc.), la fresatura di finitura è obbligatoria.

3. 

    

Per un'azienda che opera in settori caratterizzati da forti vincoli, la conclusione è chiara: il taglio primario a getto d'acqua offre notevoli vantaggi. Il guadagno in termini di redditività è triplice:

1. Materiale: risparmio del 20% di lamiera grazie al taglio comune e all'incastro.
2. Tempi di programmazione: una rapidità di messa in produzione senza pari.
3. Qualità: nessuna alterazione termica del materiale.

La fresatura deve essere ripensata come un'operazione di rifinitura per le lavorazioni complesse. Adottando questa strategia “ibrida”, le officine massimizzano il loro TRS (tasso di rendimento) complessivo, riducendo al contempo drasticamente il loro impatto ambientale grazie alla diminuzione degli scarti.