Filtrazione nelle applicazioni CNC di mantenimento del vuoto
Con l'evoluzione durante i secoli, si è evoluto anche il modo in cui utilizziamo e sviluppiamo gli strumenti. Le industrie manifatturiere operano oggi utilizzando strumenti e apparecchiature avanzate per realizzare lavori più sofisticati, molti dei quali richiedono una precisione autonoma. Un tipo specifico di apparecchiatura, la macchina CNC (Computer Numerical Control), ha avuto un'evoluzione notevole dalla sua nascita. Oggi le macchine CNC, tra cui frese CNC, torni CNC, laser CNC, router CNC, stampanti 3D e altro ancora, sono presenti in tutta l'industria. Questo articolo illustra i metodi di mantenimento del vuoto nelle applicazioni CNC e le soluzioni di filtrazione per proteggere le apparecchiature per il vuoto utilizzate nei processi di mantenimento del vuoto.
I progressi dei processi di lavorazione e di fresatura
La lavorazione di materiali come il metallo, il legno, la plastica e la fibra di carbonio consente di produrre pezzi di precisione per vari settori industriali. A partire dagli anni '40 è iniziato l'avvento delle macchine a controllo numerico (NC). Questa apparecchiatura di lavorazione servocontrollata è programmata per eseguire una serie di funzioni di lavorazione per produrre un pezzo. All'inizio si usavano schede perforate. Le schede perforate sono schede di carta rigida che utilizzano una serie di fori per informare o "programmare" i movimenti della macchina. Con il fiorire dell'era del computer, sono cresciuti anche la programmazione, la codifica e il controllo di queste apparecchiature di lavorazione.
Una scheda perforata CNC (o "scheda perforata"). I fori vengono praticati nella scheda per definire le istruzioni o i programmi di calcolo.
Oggi le macchine CNC sono comunemente utilizzate negli impianti di produzione. Insieme ai progressi della tecnologia per dirigere le attività della macchina, si sono evoluti altri metodi, come il processo di hold-down per i pezzi in lavorazione. All'inizio, i pezzi venivano fissati meccanicamente a una tavola mentre venivano lavorati e trasformati in un pezzo finito. Un problema di questo metodo è la possibilità di danneggiare il materiale mentre lo si blocca fisicamente. Anche con l'uso di cuscinetti o materiali protettivi, c'è il rischio di graffiare e danneggiare i pezzi, poiché è necessaria una pressione significativa per impedire ai materiali di muoversi durante la lavorazione. Lo slittamento e il movimento del materiale in lavorazione possono comportare alti livelli di rilavorazione o scarti ed essere costosi per un produttore. Un'altra sfida, in particolare nella produzione di pezzi personalizzati, è che i dispositivi di serraggio possono creare ostacoli al processo di lavorazione. Quando l'utensile si muove sul tavolo, può incontrare un dispositivo di bloccaggio. Ciò può causare danni costosi all'utensile o al dispositivo di serraggio.
Mantenimento del vuoto nelle applicazioni di lavorazione e fresatura CNC
Nella maggior parte delle operazioni di lavorazione moderne, esiste una qualche forma di bloccaggio a vuoto, che riduce al minimo o elimina la necessità di morsetti meccanici. Immaginate di tenere l'aspiratore nel vostro garage sul palmo della mano aperta, l'aspirazione tiene l'ugello stretto alla vostra mano. Lo stesso principio si applica al sistema di mantenimento del vuoto utilizzato nella lavorazione CNC.
Il tavolo di contenimento è costituito da un piano perforato con una griglia di piccoli fori su tutta la superficie. Utilizzando una pompa a vuoto, il vuoto viene applicato alla parte inferiore del tavolo creando un flusso d'aria e un'aspirazione nei fori. Con un sistema di pompe per vuoto adeguatamente dimensionato, l'aspirazione è sufficientemente forte da trattenere saldamente i materiali piatti sul tavolo. Questa enorme forza di tenuta consente di tagliare o lavorare un pezzo senza spostarlo. Una volta rotto o rimosso il vuoto, le parti possono essere rimosse. Uno svantaggio di questo metodo di contenimento è la gestione del flusso d'aria attraverso le perforazioni. Se sul piano di lavoro sono aperti troppi fori, il sistema non raggiungerà il livello di vuoto necessario per mantenere i materiali in posizione durante il processo di lavorazione. Una gestione efficace del piano di lavoro richiede regolazioni prima e durante la produzione per garantire la disponibilità di un vuoto adeguato durante l'intero ciclo di lavorazione.
Fresatrice a controllo numerico con grande tavola di contenimento a vuoto all'interno di una struttura per la lavorazione del legno.
Un altro metodo di mantenimento del vuoto comune è l'utilizzo di una capsula per il vuoto. Con questo metodo, la capsula ha una forma specifica per adattarsi al profilo del pezzo da tenere. Per garantire che la parte lavorata sia saldamente ancorata alla capsula del vuoto, viene utilizzato un materiale di guarnizione lungo il perimetro della capsula. Questo metodo è molto più mirato e concentra la pressione del vuoto sul pezzo o sulla serie di pezzi specifici. La capsula di solito richiede un flusso molto più basso da una pompa per vuoto più piccola, poiché la superficie è molto più piccola e l'area che richiede il vuoto è molto specifica.
Sfide di filtrazione nelle applicazioni di mantenimento del vuoto CNC
Tutti i metodi di mantenimento del vuoto rappresentano una sfida per il componente più critico di questo processo di lavorazione: la pompa del vuoto. Senza una pompa del vuoto funzionante, non c'è hold-down e non c'è produzione. Con una pompa per vuoto che funziona a capacità ridotta, gli operatori possono incorrere in alti tassi di scarto e nella frustrazione di un arresto a metà ciclo. Entrambi gli scenari sono una notizia sgradita per gli operatori.
Durante il taglio o la lavorazione dei materiali, si formano particelle come polvere o trucioli che migrano verso la pompa del vuoto attraverso le aperture libere della tavola perforata o della capsula. La maggior parte delle strutture che utilizzano il vuoto in sospensione si rende conto dell'importanza della protezione e della manutenzione della pompa del vuoto. Un guasto alla pompa del vuoto può bloccare un'intera linea di produzione e comportare costose riparazioni.
Da destra a sinistra: filtro di pre-pulizia per impieghi gravosi che rimuove il particolato di grandi dimensioni della lavorazione del legno CNC prima di un filtro di aspirazione in poliestere per particolato fine a passaggio diretto.
Come si fa a proteggere la propria pompa per vuoto e a mantenere la produzione in funzione? Per rispondere a questa domanda, è importante comprendere le variabili di processo. Innanzitutto, quale materiale viene tagliato o lavorato? In secondo luogo, che tipo di pompa per vuoto viene utilizzata (tecnologia, portata, livello di vuoto richiesto, ecc.)? In terzo luogo, ci sono altri additivi, come i fluidi da taglio, nel processo di lavorazione? Dopo aver risposto a tutte le domande precedenti, è possibile fornire un sistema di aspirazione personalizzato con la giusta soluzione di filtrazione.
La fresatura a controllo numerico con il sistema di mantenimento del vuoto è comunemente utilizzata nell'industria della lavorazione del legno. Quasi tutti i mobili hanno pannelli o cornici tagliati da una macchina CNC da legno o truciolato. La lavorazione CNC e il mantenimento del vuoto sono utilizzati anche per la lavorazione di altri materiali come leghe, schiuma, fibra di carbonio, resina e molti altri. Un denominatore comune a tutti i materiali è che i detriti creati durante il processo di lavorazione vengono trascinati nel flusso del vuoto. A seconda del materiale lavorato e/o tagliato, la consistenza dei detriti è diversa. Ad esempio, il legno crea particelle di polvere più grandi, mentre la fibra di carbonio crea un particolato molto più fine. Quando si tagliano leghe metalliche, si usa comunemente un fluido da taglio per agevolare il processo e che può essere aspirato nella pompa del vuoto. Data la complessità e la moltitudine di materiali utilizzati con le apparecchiature di fresatura e lavorazione CNC, un sistema di vuoto e una soluzione di filtrazione che soddisfino i requisiti specifici del processo contribuiranno a massimizzare i tempi di attività e l'efficienza operativa.
Contaminazione da particolato nella tenuta del vuoto
La contaminazione sotto forma di polvere e particolato è comune nelle applicazioni di fresatura del legno e della resina. Quando si sceglie la giusta filtrazione per la pompa del vuoto, è necessario comprendere le dimensioni e il volume del particolato trasportato dal processo CNC. A seconda delle variabili di processo e delle caratteristiche del particolato, un singolo filtro in linea della pompa del vuoto può essere la soluzione corretta per un carico di polvere leggero. Per i carichi di polvere più pesanti, può essere necessario un sofisticato sistema di filtrazione multistadio con mezzi di filtrazione speciali. Le applicazioni di fresatura del legno generano in genere grandi quantità di particolato di polvere che viene trasportato nel flusso di aspirazione. In questo caso, è consigliabile una soluzione di filtrazione a due stadi. Il primo stadio rimuove le particelle più grandi e prolunga la durata del filtro primario del secondo stadio. Ad esempio, è possibile utilizzare un filtro Solberg Spinmeister per centrifugare la maggior parte del materiale attraverso la forza centrifuga. Il filtro primario è un tradizionale elemento filtrante plissettato da 5 micron o da 1 micron in poliestere per catturare le polveri più fini che possono essere trasportate oltre il primo stadio.
Da destra a sinistra: un filtro pre-pulitore per impieghi gravosi che cattura il particolato di grandi dimensioni prima di un filtro della pompa del vuoto in linea in un'applicazione CNC per la lavorazione del legno.
I materiali che producono particelle di polvere più fini, come la fibra di carbonio, richiedono soluzioni di filtrazione speciali. Quando viene lavorata, la fibra di carbonio produce una polvere fine di consistenza simile al talco. Nelle applicazioni ad alto carico di polvere, questa polvere fine può intasare rapidamente i filtri standard in poliestere. Per questa applicazione, la tecnologia a impulsi inversi è la soluzione ideale per combattere il forte carico di particolato fine. Il sistema a impulsi inversi utilizza un elemento filtrante specializzato, costruito con un mezzo filtrante a bassa tattilità con eccellenti caratteristiche di rilascio. L'elemento filtrante è costruito per resistere a impulsi periodici di aria compressa che inviano la polvere catturata a un secchio di raccolta. Questa tecnologia di filtraggio autopulente consente un flusso d'aria continuo durante il processo di aspirazione e prolunga gli intervalli di manutenzione. La configurazione a impulsi inversi può essere ottimizzata in modo da pulsare quando necessario per mantenere il processo in funzione e pulito.
Contaminazione liquida nella tenuta sotto vuoto
Quando si lavorano leghe metalliche, è frequente l'uso di fluidi da taglio per raffreddare l'utensile. Questa applicazione di mantenimento del vuoto vede contaminanti sia in forma liquida che particellare. Un sistema di abbattimento a più stadi è generalmente l'approccio migliore per affrontare i carichi di liquidi pesanti e mantenere l'attrezzatura per il vuoto in sicurezza. La maggior parte dei sistemi di filtrazione multistadio utilizza deflettori, cambi di velocità e uno stadio finale di filtro antiparticolato per ridurre al minimo la migrazione dei contaminanti verso la pompa del vuoto. Quando il tasso di contenimento del liquido è elevato o è necessario un drenaggio costante, è possibile aggiungere sistemi di drenaggio automatico per rimuovere il liquido dal serbatoio di abbattimento senza interrompere il processo di vuoto. L'automazione elimina la necessità per l'operatore di controllare i livelli di liquido e di svuotare manualmente il serbatoio di scarico. I sistemi di scarico automatici aiutano a ridurre al minimo il potenziale di errore umano e sono essenziali per proteggere le pompe per vuoto nelle applicazioni di mantenimento del vuoto in presenza di liquidi.
Un filtro per vuoto in linea che cattura il particolato metallico fine (in mezzo a sinistra) e un separatore di liquidi che cattura il fluido di taglio (in alto a destra) prima di entrare nella pompa del vuoto di un CNC.
Conclusione: Proteggere la pompa del vuoto
Le pompe per vuoto svolgono un ruolo importante nei processi di produzione CNC. Il fermo a vuoto è un metodo molto efficace per mantenere i pezzi al sicuro se si applica un vuoto adeguato. Con le elevate quantità di particolato e di liquidi emessi durante il processo, proteggere la pompa del vuoto dall'ingestione di contaminanti dannosi è essenziale per mantenere in funzione le apparecchiature di produzione CNC. Tutte le tecnologie delle pompe per vuoto sono soggette a una riduzione delle prestazioni e a guasti se vengono ingerite quantità sufficienti di contaminanti. Il costo della ricostruzione o della sostituzione di una pompa per vuoto è di gran lunga superiore a quello dell'implementazione e della manutenzione di una soluzione di filtrazione.
Come indicato in precedenza, sono disponibili molte opzioni di filtrazione standard e personalizzate per ottimizzare qualsiasi processo di mantenimento del vuoto, indipendentemente dalla sua complessità. La scelta della giusta protezione di filtrazione e separazione per un sistema di mantenimento del vuoto può far risparmiare tempo, denaro e frustrazione agli operatori degli impianti di produzione CNC. Per ulteriori informazioni, contattare Solberg con i dettagli della vostra applicazione.