Tecnologia: lavorazioni in condizioni criogeniche

Dagli anni 30 è iniziata la ricerca sulle macchine utensili cosiddette universali e oggi queste ultime sono dei pilastri dell’industria meccanica.  

Attualmente ancora non si conosce pienamente il modello matematico/fisico che descrive realmente quello che accade durante un processo di asportazione di truciolo, dunque è ancora oggetto di ricerca.

I primi che tentarono di dare una risposta ragionevole, sia dal punto di vista matematico che tecnologico, furono Piispanen prima ed Ernst & Merchant poi.

Le ipotesi che stanno alla base dei due modelli, sono troppo semplificative, così che, quando seguì la fase di sperimentazione, i risultati ottenuti furono ben lontano da quelli previsti, dunque non accettati dalla comunità scientifica.

Oggi, in un qualunque paese industrializzato, trovano sede aziende che si occupano di lavorazioni per asportazione di truciolo. Questi sistemi produttivi fino a qualche decennio fa erano attrezzati con macchine tradizionali, comandate prevalentemente dall’uomo; oggi si utilizzano macchine completamente automatizzate programmabili in linguaggio ISO.

L’obiettivo dell’articolo è portare all’attenzione del lettore, quale
è il livello tecnologico raggiunto e come si è sviluppata la ricerca in questo campo.

La necessità di trovare materiali da costruzione sempre più performanti, in termini di tenacità, resistenza meccanica e termica, durezza elevata, ha determinato l’esigenza di dover progettare utensili capaci di effettuare le lavorazioni. Quest’ultimo punto è stato ampiamente raggiunto, ma si son manifestati problemi di usura degli utensili, periodi di lavorazione troppo lunghi a causa dei tempi passivi, rotture premature dei taglienti per via della fatica termica e meccanica, temperature di regime elevatissime, talvolta superiore a 1000°C.

Temperature elevate, compromettono la vita utile dell’utensile e possono inficiare la qualità della lavorazione.

In merito all’usura e alle temperature di lavoro, si è pensato di utilizzare miscele lubrorefrigeranti che, come è lecito pensare, hanno il compito di ridurre notevolmente l‘attrito derivante dal contato pezzo in lavorazione – utensile e contemporaneamente riescono ad abbassare le temperature di regime, ergo una conseguente riduzione dell’usura degli utensili.

Tuttavia questo grande passo in avanti presenta un grosso problema legato all’inquinamento dell’ambiente. Infatti gli oli impiegati nei processi di asportazione di truciolo, come gran parte dei rifiuti hanno come destinazione finale il mare e/o i bacini artificiali. Si è visto purtroppo che tali rifiuti provocano la morte di numerose specie marine. Di fatto la fase oleosa, essendo più leggera dell’acqua, galleggia in superficie e questo riesce a limitare la penetrazione dei raggi solari all’interno delle acque, o cosa ancor più grave è in grado di ridurre le quantità di ossigeno destinate agli esseri viventi.

Solo anni di ricerca hanno portato ad una soluzione alternativa, ovvero le lavorazioni di asportazioni di truciolo in condizioni criogeniche mediate l’impiego di azoto al posto di miscele lubrorefrigeranti.

L’azoto, come noto, è un gas inerte (fin tanto che non si raggiungono determinate temperature) presente nell’aria, quindi è possibile “scaricarli” liberamente nell’atmosfera. Inoltre i problemi di usura degli utensili e temperature elevate, sono stati parzialmente risolti: mediamente le temperature di esercizio si aggirano intorno ai 150°C, contro i 1000°C delle lavorazioni tradizionali!!!

Il lavoro condotto dai ricercatori è notevole, in quanto sono stati raggiunti gli obiettivi tecnologici importantissimi e allo stesso tempo viene salvaguardato l’ambiente.

Le lavorazioni per asportazione di truciolo non sono le uniche applicazioni possibili in condizioni criogeniche. Infatti qualche anno fa si è scoperto che è addirittura possibile effettuare delle saldature in condizioni criogeniche.