Per garantire una corretta passivazione, i tecnici puliscono elettrochimicamente le saldature longitudinali delle sezioni laminate di acciaio inossidabile. Immagine per gentile concessione di Walter Surface Technologies
Immagina che un produttore stipuli un contratto che prevede la fabbricazione di elementi chiave in acciaio inossidabile. Lamiere e sezioni di tubi vengono tagliate, piegate e saldate prima di arrivare a una stazione di finitura. Il pezzo è costituito da piastre saldate verticalmente al tubo. Le saldature sembrano buone, ma non sono il risultato perfetto che il cliente sta cercando. Di conseguenza, la smerigliatrice impiega tempo a rimuovere più metallo di saldatura del solito. Poi, ahimè, sulla superficie compaiono delle distinte macchie blu, un chiaro segno di un apporto di calore eccessivo. In questo caso, significa che il pezzo non soddisferà i requisiti del cliente.
Spesso eseguite manualmente, la molatura e la finitura richiedono destrezza e abilità. Gli errori nella finitura possono essere molto costosi, dato tutto il valore che è stato dato al pezzo in lavorazione. Aggiungendo costosi materiali sensibili al calore come l'acciaio inossidabile, i costi di rilavorazione e installazione degli scarti possono essere più elevati. Se a ciò si aggiungono complicazioni come contaminazione e guasti di passivazione, un lavoro un tempo redditizio con l'acciaio inossidabile può trasformarsi in una perdita di denaro o addirittura in un incidente dannoso per la reputazione.
Come possono i produttori prevenire tutto questo? Possono iniziare sviluppando le proprie conoscenze sulla molatura e sulla finitura, comprendendo il ruolo che ciascuna di esse svolge e il modo in cui influisce sui pezzi in acciaio inossidabile.
Non sono sinonimi. Anzi, ognuno ha un obiettivo fondamentalmente diverso. La molatura rimuove materiali come sbavature e metallo di saldatura in eccesso, mentre la finitura fornisce una finitura sulla superficie del metallo. La confusione è comprensibile, considerando che chi esegue la molatura con mole di grandi dimensioni rimuove molto metallo molto rapidamente e così facendo può lasciare graffi molto profondi. Ma nella molatura, i graffi sono solo un effetto secondario; l'obiettivo è rimuovere il materiale rapidamente, soprattutto quando si lavora con metalli sensibili al calore come l'acciaio inossidabile.
La finitura avviene per fasi: l'operatore inizia con una grana più grossa e passa a mole abrasive più fini, abrasivi non tessuti e forse anche panno in feltro e pasta lucidante per ottenere una finitura a specchio. L'obiettivo è ottenere una determinata finitura finale (effetto graffio). Ogni fase (grana più fine) rimuove i graffi più profondi della fase precedente e li sostituisce con graffi più piccoli.
Poiché la molatura e la finitura hanno obiettivi diversi, spesso non si completano a vicenda e possono anzi ostacolarsi a vicenda se viene utilizzata la strategia sbagliata per i materiali di consumo. Per rimuovere il metallo di saldatura in eccesso, gli operatori utilizzano mole abrasive per creare graffi molto profondi, quindi consegnano il pezzo a un ravvivatore, che ora deve dedicare molto tempo alla rimozione di questi graffi profondi. Questa sequenza dalla molatura alla finitura potrebbe ancora essere il modo più efficiente per soddisfare i requisiti di finitura del cliente. Ma ancora una volta, non sono processi complementari.
Le superfici dei pezzi progettati per la producibilità in genere non necessitano di rettifica e finitura. Le parti rettificate lo fanno solo perché la rettifica è il modo più rapido per rimuovere saldature o altro materiale e i graffi profondi lasciati dalla mola sono esattamente ciò che desidera il cliente. Le parti che richiedono solo finitura sono prodotte in un modo che non richiede un'eccessiva rimozione di materiale. Un esempio tipico è una parte in acciaio inossidabile con una bella saldatura protetta da gas tungsteno che deve solo essere miscelata e abbinata al modello di finitura del substrato.
Le smerigliatrici con mole a bassa asportazione possono rappresentare una sfida significativa quando si lavora con l'acciaio inossidabile. Allo stesso modo, il surriscaldamento può causare l'azzurramento e modificare le proprietà del materiale. L'obiettivo è mantenere l'acciaio inossidabile il più freddo possibile durante l'intero processo.
A tal fine, è utile scegliere la mola abrasiva con la velocità di asportazione più rapida in base all'applicazione e al budget. Le mole in zirconia rettificano più velocemente di quelle in allumina, ma nella maggior parte dei casi, le mole in ceramica funzionano meglio.
Le particelle di ceramica estremamente resistenti e affilate si usurano in modo unico. Disintegrandosi gradualmente, non si appiattiscono, ma mantengono un bordo affilato. Ciò significa che possono rimuovere il materiale molto rapidamente, spesso in una frazione del tempo di altre mole abrasive. Questo rende generalmente le mole abrasive in ceramica convenienti. Sono ideali per le applicazioni su acciaio inossidabile perché rimuovono rapidamente i trucioli di grandi dimensioni e generano meno calore e distorsione.
Indipendentemente dalla mola scelta dal produttore, è necessario tenere presente la potenziale contaminazione. La maggior parte dei produttori sa di non poter utilizzare la stessa mola su acciaio al carbonio e acciaio inossidabile. Molte persone separano fisicamente le operazioni di rettifica su acciaio al carbonio e acciaio inossidabile. Anche piccole scintille di acciaio al carbonio che cadono su pezzi in acciaio inossidabile possono causare problemi di contaminazione. Molti settori, come quello farmaceutico e nucleare, richiedono che i materiali di consumo siano classificati come privi di inquinamento. Ciò significa che le mole per acciaio inossidabile devono essere quasi prive (meno dello 0,1%) di ferro, zolfo e cloro.
Le mole abrasive non possono rettificarsi da sole; hanno bisogno di un utensile elettrico. Chiunque può decantare i vantaggi delle mole abrasive o degli utensili elettrici, ma la realtà è che gli utensili elettrici e le loro mole abrasive funzionano come un sistema. Le mole abrasive in ceramica sono progettate per smerigliatrici angolari con una certa quantità di potenza e coppia. Mentre alcune smerigliatrici pneumatiche hanno le specifiche necessarie, la maggior parte delle rettificatrici con mole in ceramica viene eseguita con utensili elettrici.
Le smerigliatrici con potenza e coppia insufficienti possono causare seri problemi, anche con gli abrasivi più avanzati. La mancanza di potenza e coppia può causare un notevole rallentamento dell'utensile sotto pressione, impedendo sostanzialmente alle particelle di ceramica sulla mola di fare ciò per cui sono state progettate: rimuovere rapidamente grandi pezzi di metallo, riducendo così la quantità di materiale termico che entra nella mola.
Ciò aggrava un circolo vizioso: gli operatori addetti alla rettifica vedono che il materiale non viene rimosso, quindi istintivamente spingono più forte, il che a sua volta crea calore in eccesso e brunitura. Finiscono per spingere così forte che smaltano le mole, il che li fa lavorare di più e genera più calore prima di rendersi conto che devono sostituirle. Se si lavora in questo modo su tubi o lamiere sottili, finiscono per attraversare dritti il ​​materiale.
Naturalmente, se gli operatori non sono adeguatamente formati, anche con gli strumenti migliori, questo circolo vizioso può verificarsi, soprattutto per quanto riguarda la pressione che esercitano sul pezzo in lavorazione. La prassi migliore è quella di avvicinarsi il più possibile alla corrente nominale della smerigliatrice. Se l'operatore utilizza una smerigliatrice da 10 ampere, dovrebbe premere così forte che la smerigliatrice assorba circa 10 ampere.
L'uso di un amperometro può aiutare a standardizzare le operazioni di rettifica se il produttore lavora grandi quantità di costoso acciaio inossidabile. Naturalmente, poche aziende utilizzano effettivamente un amperometro regolarmente, quindi la cosa migliore è ascoltare attentamente. Se l'operatore sente e percepisce che i giri al minuto diminuiscono rapidamente, potrebbe stare spingendo troppo forte.
Può essere difficile percepire tocchi troppo leggeri (ad esempio una pressione troppo bassa), quindi in questo caso può essere utile prestare attenzione al flusso delle scintille. La molatura dell'acciaio inossidabile produrrà scintille più scure rispetto all'acciaio al carbonio, ma dovrebbero comunque essere visibili e sporgere dall'area di lavoro in modo uniforme. Se l'operatore vede improvvisamente meno scintille, potrebbe essere perché non sta applicando abbastanza pressione o non sta lucidando la mola.
Gli operatori devono inoltre mantenere un angolo di lavoro costante. Se si avvicinano al pezzo in lavorazione con un angolo quasi piatto (quasi parallelo al pezzo in lavorazione), possono causare un surriscaldamento eccessivo; se si avvicinano con un angolo troppo alto (quasi verticale), rischiano di conficcare il bordo della mola nel metallo. Se utilizzano una mola di tipo 27, dovrebbero avvicinarsi al pezzo con un angolo compreso tra 20 e 30 gradi. Se utilizzano mole di tipo 29, l'angolo di lavoro dovrebbe essere di circa 10 gradi.
Le mole abrasive tipo 28 (coniche) vengono solitamente utilizzate per la rettifica di superfici piane per rimuovere materiale su percorsi di rettifica più ampi. Queste mole coniche funzionano meglio anche con angoli di rettifica più bassi (circa 5 gradi), contribuendo così a ridurre l'affaticamento dell'operatore.
Ciò introduce un altro fattore critico: la scelta del tipo giusto di mola abrasiva. La mola tipo 27 ha un punto di contatto sulla superficie metallica; la mola tipo 28 ha una linea di contatto grazie alla sua forma conica; la mola tipo 29 ha una superficie di contatto.
Le mole di tipo 27 più comuni possono svolgere il lavoro in molte applicazioni, ma la loro forma rende difficile gestire parti con profili e curve profondi, come assemblaggi saldati di tubi in acciaio inossidabile. La forma del profilo della mola di tipo 29 semplifica il lavoro degli operatori che devono rettificare una combinazione di superfici curve e piane. La mola di tipo 29 ottiene questo risultato aumentando l'area di contatto superficiale, il che significa che l'operatore non deve dedicare molto tempo alla rettifica in ogni punto: una buona strategia per ridurre l'accumulo di calore.
In effetti, questo vale per qualsiasi mola. Durante la rettifica, l'operatore non deve rimanere nello stesso posto per molto tempo. Supponiamo che un operatore stia rimuovendo metallo da un raccordo lungo diversi piedi. Può dirigere la mola con brevi movimenti su e giù, ma così facendo potrebbe surriscaldare il pezzo perché tiene la mola in un'area piccola per lunghi periodi di tempo. Per ridurre l'apporto di calore, l'operatore può attraversare l'intera saldatura in una direzione vicino a una punta, quindi sollevare l'utensile (dando al pezzo il tempo di raffreddarsi) e attraversare il pezzo nella stessa direzione vicino all'altra punta. Altre tecniche funzionano, ma hanno tutte una caratteristica in comune: evitano il surriscaldamento mantenendo la mola in movimento.
Anche le tecniche di "cardatura" comunemente utilizzate aiutano a raggiungere questo obiettivo. Supponiamo che l'operatore stia rettificando una saldatura di testa in posizione piana. Per ridurre lo stress termico e l'eccessivo scavo, ha evitato di spingere la smerigliatrice lungo il giunto. Invece, inizia dall'estremità e tira la smerigliatrice lungo il giunto. Ciò impedisce anche alla mola di scavare troppo nel materiale.
Naturalmente, qualsiasi tecnica può surriscaldare il metallo se l'operatore procede troppo lentamente. Se si procede troppo lentamente, l'operatore surriscalderà il pezzo; se si procede troppo velocemente, la rettifica può richiedere molto tempo. Trovare il punto ottimale di avanzamento richiede solitamente esperienza. Tuttavia, se l'operatore non ha familiarità con il lavoro, può rettificare gli scarti per avere la "sensazione" della velocità di avanzamento appropriata per il pezzo in questione.
La strategia di finitura ruota attorno alle condizioni superficiali del materiale quando arriva e quando lascia il reparto di finitura. Identificare il punto di partenza (condizioni superficiali ricevute) e il punto di arrivo (finitura richiesta), quindi elaborare un piano per trovare il percorso migliore tra questi due punti.
Spesso la soluzione migliore non è iniziare con un abrasivo molto aggressivo. Potrebbe sembrare controintuitivo. Dopotutto, perché non iniziare con una sabbia grossa per ottenere una superficie ruvida e poi passare a una sabbia più fine? Non sarebbe molto inefficiente iniziare con una grana più fine?
Non necessariamente, questo ha a che fare con la natura della collazione. Man mano che ogni passaggio raggiunge una grana più piccola, il condizionatore sostituisce i graffi più profondi con graffi più superficiali e fini. Se si inizia con carta vetrata a grana 40 o un disco abrasivo, lasceranno graffi profondi sul metallo. Sarebbe fantastico se quei graffi avvicinassero la superficie alla finitura desiderata; ecco perché esistono le forniture per la finitura a grana 40. Tuttavia, se il cliente richiede una finitura n. 4 (finitura spazzolata direzionale), i graffi profondi creati da un abrasivo n. 40 richiederanno molto tempo per essere rimossi. I levigatori passano da una grana all'altra o impiegano molto tempo utilizzando abrasivi a grana fine per rimuovere quei graffi più grandi e sostituirli con graffi più piccoli. Non solo tutto questo è inefficiente, ma introduce anche troppo calore nel pezzo in lavorazione.
Naturalmente, l'uso di abrasivi a grana fine su superfici ruvide può essere lento e, unito a una tecnica scadente, può generare troppo calore. È qui che un disco lamellare due in uno o sfalsato può rivelarsi utile. Questi dischi includono tele abrasive combinate con materiali per il trattamento della superficie. Consentono efficacemente al levigatore di utilizzare abrasivi per rimuovere il materiale, lasciando al contempo una finitura più liscia.
La fase successiva della finitura finale può comportare l'uso di tessuti non tessuti, il che illustra un'altra caratteristica unica della finitura: il processo funziona meglio con utensili elettrici a velocità variabile. Una smerigliatrice angolare che gira a 10.000 giri/min può funzionare con alcuni supporti abrasivi, ma scioglierà completamente alcuni tessuti non tessuti. Per questo motivo, i rifinitori riducono la velocità tra 3.000 e 6.000 giri/min prima di iniziare la fase di finitura con i tessuti non tessuti. Naturalmente, la velocità esatta dipende dall'applicazione e dai materiali di consumo. Ad esempio, i tamburi per tessuti non tessuti girano in genere tra 3.000 e 4.000 giri/min, mentre i dischi per il trattamento superficiale girano in genere tra 4.000 e 6.000 giri/min.
Utilizzando gli utensili giusti (rettificatrici a velocità variabile, diversi supporti di finitura) e determinando il numero ottimale di passaggi si ottiene sostanzialmente una mappa che rivela il percorso migliore tra il materiale in entrata e quello finito. Il percorso esatto varia in base all'applicazione, ma i rifinitori esperti seguono questo percorso utilizzando tecniche di rifinitura simili.
Rulli in tessuto non tessuto completano la superficie in acciaio inossidabile. Per una finitura efficiente e una durata ottimale dei materiali di consumo, diversi supporti di finitura funzionano a diversi giri al minuto.
Per prima cosa, si prendono il loro tempo. Se vedono che un sottile pezzo di acciaio inossidabile si sta surriscaldando, interrompono la lavorazione in un'area e iniziano in un'altra. Oppure potrebbero lavorare su due manufatti diversi contemporaneamente. Lavorano un po' su uno e poi sull'altro, dando all'altro pezzo il tempo di raffreddarsi.
Per ottenere una finitura a specchio, il lucidatore può eseguire una lucidatura incrociata con un tamburo o un disco lucidante, in direzione perpendicolare al passaggio precedente. La levigatura incrociata evidenzia le aree che devono essere mimetizzate nel precedente motivo a graffi, ma che non consentono comunque di ottenere una finitura a specchio pari al n. 8. Una volta rimossi tutti i graffi, sono necessari un panno in feltro e una ruota lucidante per ottenere la finitura lucida desiderata.
Per ottenere la giusta finitura, i produttori devono fornire ai rifinitori gli strumenti giusti, tra cui utensili e supporti veri e propri, nonché strumenti di comunicazione, come la definizione di campioni standard per determinare l'aspetto di una determinata finitura. Questi campioni (affissi vicino al reparto di finitura, nei documenti di formazione e nella documentazione di vendita) aiutano a far sì che tutti siano sulla stessa lunghezza d'onda.
Per quanto riguarda gli utensili veri e propri (inclusi utensili elettrici e abrasivi), la geometria di alcune parti può rappresentare una sfida anche per i dipendenti più esperti del reparto di finitura. È qui che entrano in gioco gli utensili professionali.
Supponiamo che un operatore debba completare un assemblaggio tubolare in acciaio inossidabile con pareti sottili. L'uso di dischi lamellari o persino di tamburi può causare problemi, surriscaldamento e talvolta persino creare una zona piatta sul tubo stesso. In questo caso, le levigatrici a nastro progettate per i tubi possono rivelarsi utili. Il nastro trasportatore avvolge la maggior parte del diametro del tubo, distribuendo i punti di contatto, aumentando l'efficienza e riducendo l'apporto di calore. Detto questo, come per qualsiasi altra cosa, il ravvivatore deve comunque spostare la levigatrice a nastro in un'area diversa per attenuare l'accumulo di calore eccessivo ed evitare la brunitura.
Lo stesso vale per altri utensili di finitura professionali. Prendi in considerazione una levigatrice a nastro a dita progettata per spazi ristretti. Un rifinitore potrebbe usarla per seguire una saldatura a filetto tra due assi ad angolo acuto. Invece di muovere la levigatrice a nastro a dita verticalmente (un po' come lavarsi i denti), il rifinitore la muove orizzontalmente lungo la punta superiore della saldatura a filetto, poi quella inferiore, assicurandosi che la levigatrice a dita non resti in quella posizione per troppo tempo.
La saldatura, la molatura e la finitura dell'acciaio inossidabile introducono un'ulteriore complicazione: garantire una corretta passivazione. Dopo tutte queste alterazioni superficiali del materiale, rimangono contaminanti residui che impediscono allo strato di cromo dell'acciaio inossidabile di formarsi naturalmente su tutta la superficie? L'ultima cosa che un produttore desidera è un cliente arrabbiato che si lamenta di parti arrugginite o contaminate. È qui che entrano in gioco una pulizia e una tracciabilità adeguate.
La pulizia elettrochimica può aiutare a rimuovere i contaminanti per garantire una corretta passivazione, ma quando dovrebbe essere eseguita? Dipende dall'applicazione. Se i produttori puliscono l'acciaio inossidabile per favorire la completa passivazione, di solito lo fanno subito dopo la saldatura. In caso contrario, il mezzo di finitura potrebbe assorbire i contaminanti superficiali dal pezzo e diffonderli altrove. Tuttavia, per alcune applicazioni critiche, i produttori potrebbero scegliere di inserire ulteriori fasi di pulizia, magari anche testando la corretta passivazione prima che l'acciaio inossidabile lasci la fabbrica.
Supponiamo che un produttore saldi un componente critico in acciaio inossidabile per l'industria nucleare. Un saldatore ad arco a gas di tungsteno professionale realizza una giunzione a 1/2 di pollice dall'aspetto perfetto. Ma, ripeto, questa è un'applicazione critica. Un dipendente del reparto di finitura utilizza una spazzola collegata a un sistema di pulizia elettrochimica per pulire la superficie di una saldatura. Quindi ha levigato la punta della saldatura utilizzando un panno abrasivo e un panno di lucidatura non tessuto e ha ottenuto una finitura spazzolata uniforme. Quindi è il momento della spazzolatura finale con un sistema di pulizia elettrochimica. Dopo un giorno o due di riposo, utilizzare un dispositivo di prova portatile per verificare la corretta passivazione del pezzo. I risultati, registrati e conservati con il lavoro, hanno mostrato che il pezzo era completamente passivato prima di lasciare la fabbrica.
Nella maggior parte degli impianti di produzione, la molatura, la finitura e la pulizia della passivazione dell'acciaio inossidabile avvengono solitamente a valle. Infatti, solitamente vengono eseguite poco prima della spedizione del lavoro.
Le parti rifinite in modo errato generano alcuni degli scarti e delle rilavorazioni più costosi, quindi è sensato per i produttori dare una nuova occhiata ai loro reparti di rettifica e finitura. I miglioramenti nella rettifica e nella finitura aiutano ad alleviare i principali colli di bottiglia, a migliorare la qualità, a eliminare i grattacapi e, soprattutto, ad aumentare la soddisfazione del cliente.
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