La tecnologia di bloccaggio a vuoto è una tecnica di bloccaggio in cui i pezzi vengono fissati a una superficie di bloccaggio tramite il vuoto. La forza di presa deriva dalla differenza di pressione tra la pressione atmosferica e il vuoto generato e agisce in modo uniforme su tutta la superficie di bloccaggio effettiva, senza punti di bloccaggio meccanici.
A differenza dei metodi di bloccaggio meccanico, che applicano forze in punti specifici tramite ganasce, morsetti o viti, la tecnologia di bloccaggio a vuoto distribuisce la forza di presa in modo uniforme. Ciò consente un serraggio privo di deformazioni e protegge la superficie del pezzo.
La forza di bloccaggio orizzontale di un sistema di bloccaggio con il vuoto — ovvero la forza che contrasta le forze di taglio durante la lavorazione — è determinata da tre fattori:
Fh = A × Δp × μ
Per ogni differenza di pressione di 100 mbar si ottiene una forza di bloccaggio verticale di circa 1 N/cm². A seconda del materiale e della combinazione di superfici, i coefficienti di attrito tipici variano da circa 0,2 a 0,5.
Poiché nella pratica le forze di lavorazione agiscono prevalentemente parallelamente alla superficie del pezzo, la forza di bloccaggio orizzontale è generalmente il fattore determinante nella progettazione dei sistemi di bloccaggio con il vuoto. Questa si calcola moltiplicando la forza di bloccaggio verticale per il rispettivo coefficiente di attrito.
Un esempio pratico: un pezzo in alluminio con una superficie di bloccaggio di 600 cm² viene serrato su una piastra matrix con isole di attrito (μ = 0,25) a un livello di vuoto di 800 mbar. La forza di bloccaggio orizzontale risultante è di 1.200 N, sufficiente per una velocità di asportazione trucioli di circa 400 cm³/min durante la sgrossatura.
I valori forniti sono puramente indicativi, poiché le prestazioni effettive di lavorazione ottenibili nella pratica possono variare in modo significativo. Anche utensili smussati, velocità di avanzamento elevate o parametri di taglio sfavorevoli possono aumentare significativamente le forze di lavorazione
I sistemi di bloccaggio con il vuoto sono costituiti da diversi componenti coordinati tra loro per la generazione, la distribuzione e il monitoraggio del vuoto.
Il sistema di bloccaggio a vuoto costituisce l’interfaccia diretta con il pezzo da lavorare. A seconda dell’applicazione, vengono utilizzate, ad esempio, piastre matrix, ventose a vuoto o piastre di bloccaggio che aspirano tramite il vuoto.
La generazione del vuoto avviene per via elettrica o pneumatica. A seconda dell’applicazione e delle esigenze di processo, vengono utilizzati sistemi con livelli di vuoto elevati o portate elevate. In alcuni casi, i generatori di vuoto sono dotati anche di separatori di liquidi o di controlli a risparmio energetico.
Il sistema è completato da accessori ed elementi aggiuntivi quali dispositivi di posizionamento e di arresto, sistema di monitoraggio del vuoto, tubi e componenti per la distribuzione del vuoto.
La tecnologia di bloccaggio a vuoto è adatta a pezzi con una superficie di contatto sufficientemente liscia e compatta da consentire un vuoto stabile. Il metodo è indipendente dal materiale e copre un’ampia gamma di applicazioni.
Si è dimostrata particolarmente efficace nella lavorazione del legno e del vetro. Nella lavorazione del vetro, la forza di presa uniforme impedisce picchi di sollecitazione localizzati che, a causa della fragilità del materiale, possono causare microfessurazioni o rotture.
Nella lavorazione del legno si evitano i danni causati da forze di bloccaggio meccaniche localizzate. Allo stesso tempo, le forze di bloccaggio relativamente basse del vuoto sono sufficienti per molti materiali a base di legno, consentendo tempi di equipaggiamento brevi e una movimentazione flessibile dei pezzi.
Nella lavorazione delle materie plastiche, la distribuzione uniforme della forza impedisce la deformazione e protegge le superfici sensibili dai segni di pressione.
Nella lavorazione del legno, i sistemi a consolle, per piano grigliato e nesting consentono il serraggio rapido e flessibile di pannelli di grandi dimensioni, ad esempio nella produzione di mobili. I brevi tempi di equipaggiamento e l’elevata flessibilità offrono vantaggi quando si ha a che fare con geometrie dei pezzi variabili.
Il serraggio a vuoto offre vantaggi anche per pezzi metallici a pareti sottili o di ampia superficie realizzati in alluminio o altri metalli non ferrosi. I pezzi possono essere bloccati senza deformazioni, senza che elementi di bloccaggio laterali limitino l’accesso all’utensile o che forze di bloccaggio localizzate causino deformazioni.
La forza di tenuta ottenibile dipende direttamente dalla tenuta dell'intero sistema. Solo quando esiste una tenuta sufficientemente ermetica tra il pezzo in lavorazione e la superficie di serraggio è possibile generare e mantenere costante il vuoto richiesto durante la lavorazione.
Anche perdite o fessure minime comportano perdite di pressione e riducono di conseguenza la forza di tenuta trasferibile. Ciò ha un impatto particolarmente negativo sull’affidabilità del processo quando sono in gioco elevate forze di lavorazione o carichi dinamici.
Nel caso di materiali porosi, superfici altamente strutturate o aree di contatto molto ridotte, la possibilità di generare un vuoto sufficiente può risultare ulteriormente limitata. I pezzi con profondità superficiali o irregolarità superiori a circa 0,1 mm richiedono quindi generalmente labbri di tenuta adattati o superfici di contatto speciali per ottenere forze di tenuta sufficienti.
Nella tecnologia del vuoto, i tassi di perdita sono specificati come portata in l/min. Anche piccole perdite possono ridurre il vuoto raggiungibile al di sotto del valore minimo richiesto per il bloccaggio.
Se di conseguenza il bloccaggio a vuoto da solo risulta insufficiente, è possibile adattare la strategia di lavorazione, ad esempio riducendo le forze di lavorazione o aumentando l’area di bloccaggio effettiva, ad esempio ritagliando il pezzo grezzo dal semilavorato in una fase successiva.
In alternativa, il bloccaggio può essere ulteriormente supportato da arresti meccanici o elementi di bloccaggio supplementari.
A differenza dei sistemi di bloccaggio meccanici, la tecnologia di bloccaggio a vuoto non esercita forze localizzate, ma genera invece una forza di tenuta uniforme su tutta la superficie. Ciò risulta particolarmente vantaggioso nei casi in cui picchi di sollecitazione localizzati potrebbero causare deformazioni del pezzo, scostamenti dimensionali o danni alla superficie.
Inoltre, l’intera superficie del pezzo rimane accessibile, poiché non vi è l’esigenza di elementi di bloccaggio laterali. Ciò consente la lavorazione su cinque lati in un unico serraggio, riducendo così il numero di fasi di lavorazione.
L’applicazione distribuita della forza ha anche un effetto smorzante sulle vibrazioni. Ciò può migliorare la qualità della lavorazione, in particolare per pezzi sottili o non magnetici in alluminio o plastica.
Inoltre, i sistemi di bloccaggio con il vuoto possono essere adattati in modo flessibile alle diverse dimensioni dei pezzi. Ciò consente tempi di equipaggiamento brevi e una produzione economicamente vantaggiosa, in particolare per la produzione in piccoli lotti.
A differenza della tecnologia di bloccaggio magnetico, il bloccaggio a vuoto non è limitato ai materiali ferromagnetici. Può essere utilizzato per legno, vetro, plastica, alluminio e altri metalli non ferrosi, ovunque sia richiesto un bloccaggio che non provochi danni e con basse deformazioni.
