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49– Processi di finitura e superfinitura - Coggle Diagram
49– Processi di finitura e superfinitura
Operazioni di finitura
o Finitura estremamente spinta può essere controproducente in:
• rapporti con il lubrificante in accoppiamenti meccanici
• superfici di contatto in assemblaggi tra componenti metallici e non (es. contatto con elastomeri nei giunti elastici).
• Effetto usura:
• accoppiamenti meccanici profilo microgeometrico si altera per effetto dell’usura
• esistono tabelle sperimentali (funz. materiali, dimensioni e tolleranze) forniscono valore massimo rugosità tale da consentire la funzionalità dell’accoppiamento(dopo usura iniziale presunta del 50% dell’altezza delle asperità).
• Una data qualità di tolleranza è funzione della dimensione nominale della quota
• Un dato grado di rugosità della superficie dipende esclusivamente dal processo di fabbricazione e dai relativi parametri di lavorazione
• Qualitativamente l’andamento dell’usura in funzione del tempo segue il diagramma (accoppiamenti mobili)
• Inizio del contatto si toccano le creste → superficie di contatto è una piccola percentuale di quella teorica
• Rapporto tra superficie di contatto effettiva e teorica è coefficiente di portanza k
• Gli ordini di grandezza di k:
• metodi tradizionali di ablazione (tornitura, foratura, fresatura) 0.15 ≤
k ≥ 0.25
• rettifica k ≤ 0.5
• superfiniture 0.8 ≤ k ≥ 0.97
• Numerose applicazioni, richiedono di ottenere forma più favorevole (rapporto tra superficie portante e profondità del profilo) piuttosto che un basso valore della rugosità media Ra
• misurazione della "usurabilità" di un pezzo consiste nel valutare il rapporto
portante → indica livello di difetto di una superficie.
• Lavorazioni di finitura o superfinitura adottate per specifiche esigenze:
• limitare la profondità dello strato superficiale del pezzo danneggiato per
effetto del processo di lavorazione
• Realizzare finiture superficiali particolarmente elevate (submicrometrico) se pur
possibile per certe lavorazioni, può risultare difficile e/o anti-economico
o Definizione di superfinitura
• La superfinitura è un processo di lucidatura che permette un abbassamento della rugosità delle superfici fino a 0.01 μm
• Tecniche di superfinitura possono conferire aspetto isotropico alla superficie (tessitura sup. non orientata)
• Processi che ottengono finitura rimuovendo solo sottile strato superficiale amorfo lasciato dall'ultimo processo:
Dopo finitura iniziale, la superfinitura è completata con una grana più fine di
abrasivo
L'abrasivo è oscillato o ruotato mentre il pezzo è ruotato nella direzione
opposta (cross-hatching)
o Operazioni di finitura e superfinitura
• Le lavorazioni di finitura e superfinitura dedicate più comuni:
abrasivi rivestiti
spazzolatura
levigatura:
o meccanica
o elettrochimica
lappatura
lucidatura:
o chimico-meccanica
o laser
o elettrolitica
o con campi magnetici
o Abrasivi rivestiti
• Applicazioni:
finitura che si ottiene dipende dalle dimensioni dei grani
per superfici piane e curve di metalli e non metalli
Es. smerigliatura a nastro (velocità 700-1800m/min)
• Innovazione:
microreplicazione: nastri con riprodotte piccole piramidi di abrasivo (Al2O3) in posizioni specifiche (risultati più conformi e ripetibili con T inferiori) applicazioni mediche e dentali
• Abrasivi su supporti flessibili (es. carta vetrata o tela smeriglio):
Grani più appuntiti rispetto a mole di rettifica,
Depositati elettrostaticamente su supporti flessibili (fogli, nastri, dischi) e matrice di rivestimento in resina
Struttura più aperta delle mole
o Spazzolatura (wire brushing)
• Pezzo a contatto con spazzola metallica che ruota ad alta velocità
• Estremità dei fili metallici producono graffi longitudinali
• Ottiene finiture superficiali fini o asportazioni leggere di materiale
Levigatura
o Levigatura piana
• Lavorazione eseguita su superfici piane mediante pietre abrasive
• Il macchinario sembra una rettificatrice piana ad asse verticale adattato alla
levigatura
• Il processo è infatti anche chiamato Precision Fine- Grinding. Differisce dalla rettifica
per le minori velocità di taglio impiegate
• Le macchine possono essere anche a due dischi (uno superiore e l’altro inferiore)
• I dischi saranno costituiti da grani finissimi
o Microlevigatura
• Operazione di superfinitura
• Lavorazione eseguita su superfici cilindriche esterne mediante pietre abrasive opportunamente sagomate per diamantatura in modo da realizzare la forma concava voluta.
• Parametri applicati:
• corsa dell’utensile inferiore
• minore livello di pressione inferiori
• Operazioni in modo tale i grani abrasivi non ripetano stesso percorso sulla superficie
del pezzo
o Levigatura (honing)
• Per migliorare la finitura di fori con utensile levigatore:
• Costituito da pietre abrasive disposte su elementi mobili montati (listelli) su mandrino rotante ad espansione radiale (applica forza radiale)
• Utensile a singolo listello, listelli multipli, a tubo
• Mandrino ruota con avanzamento assiale alternativo
• Lavorazione con solchi incrociati
• Fluido per allontanare i trucioli prodotti e abbassare T
• Pietre abrasive: composte da grani abrasivi con legante.
• grani dalla forma irregolare e diametro ~10-50 μm (da 300 a 1500 grit)
• Pietre abrasive sono di solito friabili, trattate con cera o zolfo per migliorarne la vita
• Materiali abrasivi: Al2O3, SiC, nitrato di boro cubico e diamante
• Levigatrici: portatili, manuali o CNC
• Velocità di lavorazione: basse
• Osservazioni:
• tracce di lavorazione
• corregge difetti sia dimensionali che di forma ma è principalmente utilizzata
per migliorare la finitura superficiale
• Parametri di processo principali
• velocità di rotazione
• materiale da lavorare
• materiale dei listelli (Ra)
• n° e dimensione dei listelli
• velocità di oscillazione
• lunghezza dell’utensile
• profondità del foro
• angolo di crosshatch
• pressione del listello di pietra
• valori bassi comportano bassi MRR
• valori alti comportano Ra maggiori
o Levigatura elettrochimica
• Combina la levigatura con l’azione elettrochimica
• Apparecchiatura più costosa
• Vantaggi:
• 5 volte più veloce della levigatura convenzionale
• durata levigatore fino a 10 volte superiore
Lappatura e lucidatura
o Lucidatura Elettrolitica (electropolishing)
• Meccanismo:
• elettrolita attacca per dissoluzione anodica sporgenze e i picchi superficiali
a velocità maggiore (< gap)
• Consente di ottenere una lucidatura a specchio su superfici metalliche (forme
anche molto irregolari)
• Utilizzata anche per sbavatura
o Lucidatura Laser
• Meccanismo lucidatura laser
• rapida fusione e risolidificazione della superficie mediante brevi impulsi laser
(micro-nano secondi)
• azione di fusione addolcisce la superficie riducendo le altezze delle asperità
(metalli ferrosi e non, vetro, diamante)
• Superfici ottenute adatte ad applicazioni ottiche (↓ attrito)
• Es. finitura camicie dei cilindri dei motori automobilistici
• Differenze con convenzionale:
• più rapida
• eseguibile su geometrie irregolari con CNC
o Lucidatura (polishing)
• Finitura superficiale dall’aspetto lucido
• Meccanismi di base:
• asportazione abrasiva di materiale su scala molto piccola
• addolcimento e spalmatura degli strati superficiali per attrito (↑T)
• Effettuata con dischi o nastri di tessuto pelle o feltro rivestiti con polvere fine di
diamante o ossido di A
• Pezzi di forma irregolare e con spigoli vivi o cavità profonde difficili da lappare
o Lucidatura chimico-meccanica
• Meccanismo:
• particelle di abrasivo in sospensione acquosa con additivi chimici
(corrosione controllata)
• Ottiene finitura superficiale fine
• Ampiamente impiegata per i semiconduttori:
• lucidatura di wafer di silicio:
o wafer bloccato su dischi rotanti con superficie verso il basso premuta
su disco rotante di lucidatura
o entrambi i dischi ruotano per evitare solchi rettilinei
o disco di lucidatura ha scanalature per passaggio liquido abrasivo
• combinazioni abrasivo-soluzione chimica in funzione del materiale
o Lappatura (lapping)
• Lavora superfici cilindriche o piane → dischi rotanti + abrasivo
• Dischi rotanti: ghisa grigia, nodulare, acciaio legato, rame, alluminio, materiali non metallici (granito), cuoio, tessuto
• Abrasivi: polveri di allumina o di SiC in sospensione (acqua o olio)
• Azione abrasivo: agisce libero in mistura liquida o incorporato nell’utensile
• Più vantaggiosa lappando su due superfici contrapposte
• Pressioni applicate: funzione durezza del materiale (7-140 kPa)
• Estrema precisione dimensionale (abrasivi a grana fine):
o tolleranze di forma (± 0.4 μm)
o finitura superficiale molto spinta (0.025-0.1 μm)
o eliminazione strati superficiali danneggiati
o Lucidatura con campi magnetici
• Processo utilizza campi magnetici per il supporto e miglioramento dell’efficacia dei
liquidi abrasivi
• Due tecniche principali:
• a sostentamento magnetico
• assistita da campo magnetico
• Lucidatura a sostentamento magnetico:
• fluido magnetico contenente grani abrasavi e particelle ferromagnetiche fini in un fluido (acqua o kerosene) riempie una camera con pezzi da lavorare su galleggiante
• pezzi premuti contro albero rotante lucidati per abrasione
• forze delle particelle molto piccole – azione molto fine
• tempi di lucidatura contenuti
• Lucidatura assistita da campo magnetico:
• pezzo fissato su albero e posto in rotazione
• polarità magnetiche vengono fatte oscillare per indurre moto vibratorio al sistema magnetico-abrasivo
• lucidatura a specchio di rulli anche di 63HRC in 30 s