Le Vibrazioni in Meccanica
Le vibrazioni sono un fenomeno onnipresente in molti settori dell'ingegneria, particolarmente rilevanti nelle applicazioni meccaniche.
Si tratta di oscillazioni periodiche di un sistema intorno a un punto di equilibrio, e possono derivare da molteplici fonti, come l'impatto di macchinari, motore in funzione, o altri processi industriali.
Pertanto, il controllo delle vibrazioni è di primaria importanza in ambito meccanico.
Le vibrazioni provocano dispersione di energia e creano suoni e rumori indesiderati.
Inoltre possono causare danni all’utensile impiegato, al macchinario e al pezzo in lavorazione.
Le vibrazioni sono generate dallo staffaggio del pezzo sulla macchina utensile, dal tipo di lavorazione e dal percorso compiuto dall’utensile e dalla geometria dell’utensile.
Le vibrazioni in ambito meccanico possono essere categorizzate in due tipologie principali: vibrazioni libere e vibrazioni forzate.
Le “vibrazioni libere” si verificano quando un sistema meccanico oscilla senza l'influenza di forze esterne. Questo tipo di vibrazione è solitamente causato da un impulso iniziale, come un colpo o una perturbazione. La frequenza naturale di vibrazione del sistema determina il suo comportamento nel tempo.
Le “vibrazioni forzate” sono causate da una fonte esterna di energia, come un motore in funzione o una macchina operatrice. Queste vibrazioni possono coincidere con la frequenza naturale del sistema, portando ad un fenomeno noto come risonanza, che amplifica l'ampiezza delle vibrazioni e può provocare danni significativi.
Gli impatti delle vibrazioni non controllate sono molteplici e variano a seconda dell'applicazione.
In ambito industriale, le vibrazioni possono ridurre la precisione dei processi di lavorazione, aumentare l'usura degli utensili, danneggiare i componenti delle macchine e persino influenzare negativamente la salute e la sicurezza degli operatori.
Controllo delle Vibrazioni in Meccanica: Il Ruolo Cruciale delle Barre Antivibranti
Una delle tecniche più efficaci per il controllo delle vibrazioni è l'utilizzo di barre antivibranti. Queste barre sono progettate per assorbire e dissipare l'energia delle vibrazioni, riducendo così la loro ampiezza e impatto sul sistema meccanico.
Solitamente per il controllo delle vibrazioni in lavorazione è necessario un aumento di rigidità degli elementi del sistema.
Una macchina utensile ben costruita, con materiali rigidi e pesanti rinforzati con ghisa, è in grado di limitare le vibrazioni.
Un ruolo fondamentale lo giocano i cuscinetti e le boccole della macchina che devono avere tolleranze strette ed essere robusti.
Le barre antivibranti funzionano attraverso il principio della smorzatura delle vibrazioni. Esse sono composte da materiali elastici o viscosi che assorbono l'energia delle vibrazioni e la convertono in calore. Inoltre, la progettazione delle barre antivibranti può includere componenti come molle, ammortizzatori o sistemi di isolamento che migliorano ulteriormente le loro capacità di assorbimento delle vibrazioni.
L'installazione di barre antivibranti è particolarmente vantaggiosa nelle lavorazioni meccaniche dove la precisione e la qualità dei prodotti sono di primaria importanza.
Per ottenere la massima rigidità una barra di tornitura o di barenatura deve essere il più corta possibile ma lunga a sufficienza per arrivare alla profondità del foro o del componente; una barra lunga può causare vibrazioni sulla macchina.
Il diametro di una barra di barenatura deve essere più vicino possibile al diametro del foro ma deve permettere un’efficace evacuazione del truciolo.
Durante la lavorazione e la formazione del truciolo le forze di taglio variano diventando fonte di vibrazioni che possono entrare in risonanza con la frequenza del portautensili.
Gli utensili usurati possono creare vibrazioni in quanto possono entrare in risonanza con il mandrino o con l’utensile generando vibrazioni indesiderate.
Vantaggi delle Barre Antivibranti
A seconda del materiale con cui sono costruite le barre antivibranti si hanno le seguenti prestazioni:
- Barre in acciaio: resistenza alle vibrazioni con un rapporto massimo lunghezza/diametro della barra di 4:1
- Barre in metallo duro: le leghe di tungsteno sono più dense dell’acciaio per cui la resistenza è pari a 6:1
- Barre in metallo duro integrale: essendo più rigide la resistenza alle vibrazioni ha un rapporto fino a 8:1
In alternativa si possono usare barre a smorzamento regolabile progettate per andare in risonanza “fuori fase” e, quindi, ridurre al minimo la vibrazione.
Il sistema STMD® di MAQ AB, per esempio, ha uno smorzatore di vibrazioni autoregolante costituito da una massa in materiale ad alta densità sospesa all’interno della barra del portautensili tramite elementi smorzanti asso-radiali.
Lo smorzatore di massa assorbe immediatamente la vibrazione quando viene trasmessa dall’utensile da taglio al corpo della barra.
Le barre antivibranti riducono efficacemente l'ampiezza delle vibrazioni, migliorando la precisione dei processi di lavorazione (migliore finitura superficiale, dimensioni dei fori più precise, maggiore asportazione, diminuzione dei costi di produzione) e prolungando la vita utile degli utensili, dei portautensili e delle macchine.
Minimizzando le vibrazioni indesiderate, le barre antivibranti contribuiscono a produrre componenti e prodotti finali con una maggiore precisione dimensionale e superficiale.
Riducendo le vibrazioni trasmesse agli operatori, le barre antivibranti contribuiscono a migliorare le condizioni di lavoro e a prevenire lesioni legate alle vibrazioni, come il morbo delle vibrazioni mano-braccio (VMB).
Minimizzando l'usura e i danni alle macchine e agli utensili, le barre antivibranti aiutano a ridurre i costi di manutenzione e prolungano la vita utile degli impianti industriali.
Lavorazione dei metalli
Il posizionamento e il bloccaggio dei pezzi sottoposti alla lavorazione sono di fondamentale importanza all’interno della macchina utensile.
Le parti più soggette alle vibrazioni durante le fasi di lavorazione sono quelle saldate o quelle con pareti sottili a causa della loro scarsa rigidità.
Per ridurre al minimo le vibrazioni si possono usare:
- angoli di registrazione grandi
- angoli di spoglia positivi
- inserti positivi (un CCMT e non un CNMG)
- raggi e angoli di punta piccoli
- profondità di taglio maggiore rispetto al raggio dell’inserto
La migliore tecnologia sulle barre antivibranti: STMD® di MAQ AB
Il sistema brevettato STMD® (dall’ inglese Self Tuning Mass Dumper) dell’azienda svedese MAQ AB utilizza la tecnologia ad assorbitore armonico auto-accordante o “mass damper” che, ad oggi, è la migliore tecnologia presente sul mercato perché rende il sistema in grado di adattarsi alla frequenza “naturale” di vibrazione dell’insieme macchina-utensile.
Gli utensili MAQ AB si “adattano” alla frequenza di vibrazione e, pertanto, sono in grado di migliorare notevolmente le prestazioni della lavorazione senza che l’operatore debba effettuare tarature: mediante questo “adattamento” l’utensile lavorerà sempre nel migliore dei modi.
L’azienda PAPARELLA MACCHINE UTENSILI srl è orgogliosa di offrire alla propria clientele di Puglia e Basilicata le barre antivibranti di MAQ AB.
Richiedete il catalogo dei prodotti MAQ AB al nostro indirizzo e-mail paparella.srl@libero.it
E’ possibile, oltre ai prodotti standard, realizzare barre speciali “su misura”, in base alle esigenze di lavorazione, fino a ø500 mm e lunghezza 10Xd.
