Il Dr.-Ing. Oliver Maiß, responsabile di ricerca e sviluppo in ECOROLL, spiega come rendere più accessibile il processo di finitura di particolari voluminosi, per loro natura estremamente costosi da realizzare. È necessario scongiurare ad ogni costo errori di varia natura, da scarti di lavorazione a errori di posizionamento che potrebbero portare al danneggiamento o alla rottura degli utensili. La lucidatura con rullo permette di finire un particolare di dimensioni anche molto generose, il tutto senza costose macchine dedicate.

La produzione di componenti di grandi dimensioni è complessa e impegnativa. Da un lato, le sole dimensioni del componente comportano costi considerevoli per le materie prime già prima del taglio del primo truciolo, per cui è necessario evitare a tutti i costi componenti difettosi. Dall'altro lato, i requisiti di questi componenti di grandi dimensioni sono estremamente elevati, poiché non solo devono essere mantenute tolleranze di forma e posizione molto strette, ma spesso si deve anche ottenere una qualità superficiale particolarmente elevata. Per i componenti cilindrici di grandi dimensioni con una qualità superficiale nell'intervallo Rz = 1-4 µm è necessario prevedere tempi di produzione estremamente lunghi, soprattutto per la finitura, che rendono la lavorazione molto costosa.

La lucidatura con rullo è un'alternativa economica per produrre questa elevata qualità superficiale. Nella lucidatura con rullo, un rullo viene premuto sulla superficie del pezzo con una forza definita. La superficie viene quindi levigata mediante la deformazione locale dei picchi di rugosità e si ottiene facilmente un valore Rz nell'intervallo descritto sopra.

Per la lucidatura con rullo sono disponibili diversi tipi di utensili, di varie forme e dimensioni, tutti facilmente integrabili nei torni o centri di lavoro esistenti. Si distingue tra utensili di lucidatura meccanici o idrostatici. Negli utensili meccanici un rullo di lucidatura viene premuto sulla superficie da una forza meccanica (esercitata tramite opportune molle). Gli utensili idrostatici lavorano invece con una sfera di rotolamento che lavora la superficie grazie alla pressione idraulica.
Calandoci nell'ambito delle applicazioni trattate in questo articolo, gli utensili meccanici a rullo singolo con rullo di supporto sono molto adatti alla lavorazione di componenti di grandi dimensioni. Le immagini mostrano un utensile EG14 per questo tipo di lavorazioni.

Per la lucidatura con rullo sono disponibili diversi tipi di utensili, di varie forme e dimensioni, tutti facilmente integrabili nei torni o centri di lavoro esistenti. Si distingue tra utensili di lucidatura meccanici o idrostatici. Negli utensili meccanici un rullo di lucidatura viene premuto sulla superficie da una forza meccanica (esercitata tramite opportune molle). Gli utensili idrostatici lavorano invece con una sfera di rotolamento che lavora la superficie grazie alla pressione idraulica.
Calandoci nell'ambito delle applicazioni trattate in questo articolo, gli utensili meccanici a rullo singolo con rullo di supporto sono molto adatti alla lavorazione di componenti di grandi dimensioni. L'immagine sotto mostra appunto un utensile EG14 per questo tipo di lavorazioni.

L'utensile viene bloccato nella macchina utensile tramite un opportuno sistema di codoli per portautensili, disponibili di serie o come opzione. Nel corpo base sono presenti molle a balestra che si deformano quando il rullo viene premuto contro il componente da lucidare. La forza di rullatura può essere regolata in modo specifico attraverso la deflessione delle molle. Il rullo stesso è bloccato tra il componente e il rullo di supporto e la rotazione del componente provoca a sua volta il rotolamento del rullo sulla superficie. Il rullo è trattenuto in una gabbia. La forza viene trasmessa al rullo di lucidatura attraverso il rullo di supporto.

Il rullo non poggia completamente sulla superficie, ma è a contatto con il pezzo in lavorazione con un angolo specifico solo nell'area frontale del rullo, ove si trova il raggio di raccordo dello stesso: tale raggio diventa quindi un parametro da tenere presente in base all’applicazione. Quando il rullo penetra a causa delle deformazioni locali, si forma una forma a goccia, che può avere una lunghezza di diversi millimetri a seconda della forza e dell'angolo di calettamento. Nella zona di contatto il materiale si deforma e i picchi di rugosità vengono spinti verso il basso dentro le valli presenti sulla superficie, superando la tensione di snervamento.

Grazie alla ampia superficie di contatto con questo utensile è possibile ottenere avanzamenti molto elevati. Utilizzando l'esempio della lavorazione di un acciaio 42CrMo4 con una rugosità iniziale di circa Rz = 12,5 µm dopo il processo di tornitura, si può dimostrare che, da un lato, la rugosità dopo la rullatura si riduce significativamente con l'aumento della forza di rullatura. Tuttavia, è anche evidente che l'aumento della velocità di avanzamento da f = 0,1 mm a f = 0,9 mm modifica appena il valore della rugosità. Tale importante considerazione permette di rilevare quanto rapido possa essere il processo di rullatura: di conseguenza l’impatto sul tempo di processo produttivo è marginale, ma il risultato finale è strabiliante.

Le stesse relazioni valgono per altri materiali. Tuttavia, in base al materiale è possibile raggiungere un diverso livello di variazione della rugosità. Se ripetiamo l'esperimento con l'aumento della forza per un materiale significativamente più morbido e meno solido, come l'alluminio (AlMgSi1), possiamo vedere che il massimo miglioramento della rugosità si raggiunge già con una forza di rotolamento di Fw = 1000 N. Questo significa che il tipo di materiale e conseguentemente le sue caratteristiche meccaniche hanno un forte impatto sul coefficiente di miglioramento della finitura (da 2,5 a 20 volte il parametro Ra iniziale).

È interessante notare che questa conoscenza può essere utilizzata per lavorare i componenti di grandi dimensioni in modo particolarmente efficace ed economico. Se, ad esempio, il processo di finitura nella consueta catena di sgrossatura e finitura viene sostituito da un processo di lucidatura con rullo è possibile ridurre notevolmente il tempo di lavorazione. Se per un componente è richiesto un Rz < 4 µm, è possibile utilizzare la sgrossatura e la finitura per eseguire la lavorazione con un avanzamento di f = 0,4 mm (sgrossatura) o f = 0,15 mm (finitura).
Supponendo che il componente abbia una lunghezza di 100 mm e un diametro di 40 mm, il tempo totale di lavorazione è di circa 27 secondi. Se la finitura viene sostituita dalla lucidatura con rullo tramite utensile EG14 e si utilizza un avanzamento fw = 0,9 mm, il tempo di lavorazione può essere ridotto a a circa 18 secondi. Ciò rende la lavorazione più veloce del 34% e quindi più conveniente. Estrapolato a un componente con un tempo di lavorazione di 8 ore, si tratta di un risparmio di quasi 3 ore! Sono chiari gli impatti positivi sulla riduzione di costi diretti di lavorazione, come il consumo energetico, la produzione oraria e la qualità percepita del particolare così realizzato.

In sintesi, la lucidatura di componenti di grandi dimensioni è possibile in modo altamente produttivo ed economico proprio grazie all'uso di utensili di lucidatura meccanica a rullo singolo. L'area di contatto di questi utensili è così piccola che la forza di rullatura può essere applicata tramite un tornio convenzionale. Allo stesso tempo, però, la forma della goccia, soprattutto nella direzione di avanzamento, è talmente ampia da consentire l'utilizzo di velocità di avanzamento elevate, con un immediato effetto di efficientamento e risparmio energetico/economico.

Ulteriori informazioni sulla lucidatura con rullo e sugli utensili meccanici a rullo singolo sono scaricabili dal sito CAMAR. Per informazioni approfondite non esitate a contattarci!