Le saldature longitudinali nelle barre di acciaio inossidabile vengono sbavate elettrochimicamente per garantirne la corretta passivazione. Immagine per gentile concessione di Walter Surface Technologies.
Immaginate che un produttore stipuli un contratto per la produzione di un prodotto chiave in acciaio inossidabile. Lamiere e sezioni di tubo vengono tagliate, piegate e saldate prima di essere inviate alla stazione di finitura. Il pezzo è costituito da piastre saldate verticalmente al tubo. Le saldature sono buone, ma non rappresentano il prezzo ideale che un acquirente sta cercando. Di conseguenza, la rettificatrice impiega tempo a rimuovere più metallo di saldatura del solito. Poi, ahimè, sulla superficie appare una distinta colorazione bluastra, un chiaro segno di un apporto termico eccessivo. In questo caso, ciò significa che il pezzo non soddisferà i requisiti del cliente.
Spesso eseguite a mano, la levigatura e la finitura richiedono destrezza e abilità artigianale. Gli errori di finitura possono essere molto costosi, considerando tutto il valore attribuito al pezzo. L'aggiunta di costosi materiali termosensibili come l'acciaio inossidabile, i costi di rilavorazione e di installazione degli scarti possono essere più elevati. Se a ciò si aggiungono complicazioni come contaminazione e difetti di passivazione, un'attività di lavorazione dell'acciaio inossidabile, un tempo redditizia, può diventare non redditizia o addirittura danneggiare la reputazione.
Come possono i produttori prevenire tutto questo? Possono iniziare ampliando le proprie conoscenze sulla rettifica e la finitura, comprendendone il ruolo e l'impatto sui pezzi in acciaio inossidabile.
Questi non sono sinonimi. In effetti, ognuno ha obiettivi fondamentalmente diversi. La molatura rimuove materiali come bave e metallo di saldatura in eccesso, mentre la finitura fornisce una finitura fine alla superficie metallica. La confusione è comprensibile, dato che chi mola con mole di grandi dimensioni rimuove molto metallo molto rapidamente e possono lasciare graffi molto profondi. Ma nella molatura, i graffi sono solo una conseguenza: l'obiettivo è rimuovere rapidamente il materiale, soprattutto quando si lavora con metalli sensibili al calore come l'acciaio inossidabile.
La finitura avviene in più fasi: l'operatore inizia con una grana più grossa e passa a mole abrasive più fini, abrasivi in ​​tessuto non tessuto ed eventualmente feltro e pasta lucidante per ottenere una finitura a specchio. L'obiettivo è ottenere una determinata finitura finale (effetto graffio). Ogni passaggio (grana più fine) rimuove i graffi più profondi del passaggio precedente e li sostituisce con graffi più piccoli.
Poiché la molatura e la finitura hanno scopi diversi, spesso non si completano a vicenda e possono ostacolarsi a vicenda se si utilizza una strategia di consumo errata. Per rimuovere il metallo di saldatura in eccesso, l'operatore esegue graffi molto profondi con una mola abrasiva e poi passa il pezzo al ravvivatore, che a questo punto deve dedicare molto tempo alla rimozione di questi graffi profondi. Questa sequenza, dalla molatura alla finitura, può ancora essere il modo più efficiente per soddisfare i requisiti di finitura del cliente. Ma, ancora una volta, non si tratta di processi aggiuntivi.
Le superfici dei pezzi progettati per la lavorabilità generalmente non richiedono levigatura o finitura. I pezzi levigati lo fanno solo perché la levigatura è il modo più rapido per rimuovere saldature o altro materiale, e i graffi profondi lasciati dalla mola sono esattamente ciò che il cliente desiderava. I pezzi che richiedono solo finitura sono realizzati in modo tale da non richiedere un'eccessiva asportazione di materiale. Un esempio tipico è un pezzo in acciaio inossidabile con una bella saldatura protetta da un elettrodo di tungsteno che deve semplicemente essere miscelato e adattato alla finitura del substrato.
Le rettificatrici con dischi a bassa asportazione di materiale possono rappresentare seri problemi quando si lavora con l'acciaio inossidabile. Allo stesso modo, il surriscaldamento può causare brunitura e alterazioni delle 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 con la maggiore velocità di asportazione, in base all'applicazione e al budget. Le mole in zirconio rettificano più velocemente di quelle in allumina, ma le mole in ceramica sono le migliori nella maggior parte dei casi.
Le particelle ceramiche, 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 a una velocità diverse volte superiore rispetto ad altre mole abrasive. In generale, questo rende le mole abrasive ceramiche un investimento conveniente. Sono ideali per la lavorazione dell'acciaio inossidabile, poiché rimuovono rapidamente i trucioli di grandi dimensioni e generano meno calore e meno deformazioni.
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 sia per l'acciaio al carbonio che per l'acciaio inossidabile. Molti separano fisicamente le operazioni di rettifica dell'acciaio al carbonio da quelle dell'acciaio inossidabile. Anche minuscole scintille di acciaio al carbonio che cadono su componenti in acciaio inossidabile possono causare problemi di contaminazione. Molti settori, come quello farmaceutico e nucleare, richiedono che i materiali di consumo siano classificati come non inquinanti. Ciò significa che le mole in acciaio inossidabile devono essere praticamente prive (meno dello 0,1%) di ferro, zolfo e cloro.
Le mole abrasive non si rettificano da sole, necessitano di un elettroutensile. Chiunque può vantare i vantaggi delle mole abrasive o degli elettroutensili, ma la realtà è che gli elettroutensili e le loro mole abrasive funzionano come un sistema. Le mole abrasive in ceramica sono progettate per smerigliatrici angolari con una certa potenza e coppia. Sebbene alcune smerigliatrici pneumatiche abbiano le specifiche richieste, nella maggior parte dei casi la rettifica delle mole in ceramica viene eseguita con elettroutensili.
Le smerigliatrici con potenza e coppia insufficienti possono causare seri problemi anche con gli abrasivi più moderni. La mancanza di potenza e coppia può causare un rallentamento significativo dell'utensile sotto pressione, impedendo di fatto alle particelle ceramiche sulla mola di svolgere il compito per cui sono state progettate: rimuovere rapidamente grossi pezzi di metallo, riducendo così la quantità di materiale termico che entra nella mola.
Questo esacerba il circolo vizioso: i levigatori si accorgono che non viene rimosso alcun materiale, quindi istintivamente premono più forte, il che a sua volta crea calore eccessivo e brunitura. Finiscono per spingere così forte da smaltare le mole, costringendole a lavorare di più e a generare più calore prima di rendersi conto di doverle sostituire. Se si lavora in questo modo con tubi o lamiere sottili, finiscono per attraversare 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 esercitata sul pezzo in lavorazione. La migliore prassi è quella di avvicinarsi il più possibile alla corrente nominale della smerigliatrice. Se l'operatore utilizza una smerigliatrice da 10 ampere, deve esercitare una pressione tale da far sì che la smerigliatrice assorba circa 10 ampere.
L'uso di un amperometro può contribuire a standardizzare le operazioni di rettifica se un produttore lavora grandi quantità di acciaio inossidabile costoso. Naturalmente, poche aziende utilizzano effettivamente un amperometro regolarmente, quindi è meglio ascoltare attentamente. Se l'operatore sente e percepisce un rapido calo dei giri, potrebbe stare spingendo troppo.
Ascoltare tocchi troppo leggeri (ovvero, con una pressione insufficiente) può essere difficile, quindi prestare attenzione al flusso delle scintille può essere d'aiuto in questo caso. La levigatura dell'acciaio inossidabile produce scintille più scure rispetto all'acciaio al carbonio, ma dovrebbero comunque essere visibili e sporgere uniformemente dall'area di lavoro. Se l'operatore vede improvvisamente meno scintille, potrebbe essere dovuto a una forza insufficiente o a una mancata lucidatura della mola.
Gli operatori devono inoltre mantenere un angolo di lavoro costante. Se si avvicinano al pezzo in lavorazione quasi ad angolo retto (quasi parallelo al pezzo), possono causare un surriscaldamento significativo; se si avvicinano con un angolo eccessivo (quasi verticale), corrono il rischio di sbattere il bordo della mola contro il metallo. Se utilizzano una mola di tipo 27, dovrebbero avvicinarsi al pezzo con un angolo di 20-30 gradi. Se utilizzano mole di tipo 29, l'angolo di lavoro dovrebbe essere di circa 10 gradi.
Le mole abrasive tipo 28 (coniche) sono generalmente 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.
Questo introduce un altro fattore importante: la scelta del tipo di mola abrasiva corretto. La mola tipo 27 ha un punto di contatto con la superficie metallica, la mola tipo 28 ha una linea di contatto grazie alla sua forma conica, e la mola tipo 29 ha una superficie di contatto.
Le mole di tipo 27 più diffuse oggi possono essere utilizzate in molti settori, ma la loro forma rende difficile lavorare con parti con profili profondi e curve, come i tubi saldati in acciaio inossidabile. La forma del profilo della mola di tipo 29 facilita il lavoro degli operatori che devono rettificare superfici curve e piane combinate. La mola di tipo 29 ottiene questo risultato aumentando la superficie di contatto, 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 realtà, questo vale per qualsiasi mola abrasiva. Durante la rettifica, l'operatore non dovrebbe rimanere a lungo nello stesso punto. Supponiamo che un operatore stia rimuovendo metallo da un raccordo lungo diversi metri. Può azionare la mola con brevi movimenti su e giù, ma questo può causare il surriscaldamento del pezzo in lavorazione poiché mantiene la mola in un'area ridotta per un lungo periodo di tempo. Per ridurre l'apporto di calore, l'operatore può eseguire l'intera saldatura in una direzione su una punta, quindi sollevare l'utensile (permettendo al pezzo di raffreddarsi) e passare il pezzo nella stessa direzione sull'altra punta. Altri metodi funzionano, ma hanno tutti una cosa in comune: evitano il surriscaldamento mantenendo la mola in movimento.
Questo è facilitato anche dai metodi di "pettinatura" ampiamente utilizzati. Supponiamo che l'operatore stia levigando una saldatura di testa in posizione piana. Per ridurre lo stress termico e l'eccessiva svasatura, ha evitato di spingere la mola lungo il giunto. Invece, inizia dalla fine e fa scorrere la mola lungo il giunto. Questo impedisce anche alla mola di affondare troppo nel materiale.
Naturalmente, qualsiasi tecnica può surriscaldare il metallo se l'operatore lavora troppo lentamente. Lavorando troppo lentamente, l'operatore surriscalderà il pezzo; se si procede troppo velocemente, la levigatura può richiedere molto tempo. Trovare la velocità di avanzamento ideale richiede solitamente esperienza. Ma se l'operatore non ha familiarità con il lavoro, può rettificare lo scarto per "sentire" la velocità di avanzamento appropriata per il pezzo.
La strategia di finitura dipende dalle condizioni superficiali del materiale in entrata e in uscita dal reparto di finitura. È necessario determinare un punto di partenza (condizioni superficiali ottenute) e un punto di arrivo (finitura richiesta), quindi pianificare il percorso migliore tra questi due punti.
Spesso la soluzione migliore non è iniziare con un abrasivo molto aggressivo. Questo può 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, anche questo ha a che fare con la natura del confronto. Man mano che si ottiene una grana più fine in ogni fase, il condizionatore sostituisce i graffi più profondi con altri sempre più fini. Se si inizia con carta vetrata a grana 40 o una paletta, si lasceranno graffi profondi sul metallo. Sarebbe fantastico se questi graffi avvicinassero la superficie alla finitura desiderata, ed è per questo che sono disponibili materiali di finitura a grana 40. Tuttavia, se un cliente richiede una finitura n. 4 (levigatura direzionale), i graffi profondi lasciati dalla grana n. 40 richiedono molto tempo per essere rimossi. Gli artigiani utilizzano diverse grane o impiegano molto tempo a utilizzare abrasivi a grana fine per rimuovere i graffi più grandi e sostituirli con altri più piccoli. Tutto questo non solo è inefficiente, ma surriscalda anche eccessivamente il pezzo in lavorazione.
Naturalmente, l'uso di abrasivi a grana fine su superfici ruvide può essere lento e, combinato con una tecnica non ottimale, può generare troppo calore. I dischi due in uno o sfalsati possono essere d'aiuto in questo caso. Questi dischi includono tele abrasive combinate con materiali per il trattamento superficiale. Consentono all'artigiano di utilizzare efficacemente gli abrasivi per rimuovere il materiale, lasciando una finitura più liscia.
La fase successiva della finitura può includere l'uso di tessuti non tessuti, il che illustra un'altra caratteristica unica della finitura: il processo funziona al meglio con utensili elettrici a velocità variabile. Una smerigliatrice angolare a 10.000 giri/min può gestire alcuni materiali abrasivi, ma li scioglierà completamente. Per questo motivo, le macchine per la finitura rallentano a 3.000-6.000 giri/min prima di rifinire i tessuti non tessuti. Naturalmente, la velocità esatta dipende dall'applicazione e dai materiali di consumo. Ad esempio, i tamburi per tessuti non tessuti ruotano in genere a 3.000-4.000 giri/min, mentre i dischi per il trattamento superficiale ruotano in genere a 4.000-6.000 giri/min.
Avere gli utensili giusti (rettificatrici a velocità variabile, diversi materiali di finitura) e determinare il numero ottimale di passaggi fornisce sostanzialmente una mappa che mostra il percorso migliore tra il materiale in ingresso e quello finito. Il percorso esatto dipende dall'applicazione, ma i rifilatori esperti seguono questo percorso utilizzando metodi di rifilatura simili.
Rotoli in tessuto non tessuto completano la superficie in acciaio inossidabile. Per una finitura efficiente e una durata ottimale dei materiali di consumo, i diversi materiali di finitura vengono lavorati a velocità di rotazione diverse.
Innanzitutto, si prendono il tempo necessario. Se vedono che un sottile pezzo di acciaio inossidabile si sta riscaldando, interrompono la finitura in un punto e iniziano in un altro. Oppure potrebbero lavorare su due manufatti diversi contemporaneamente. Lavorano un po' su uno e poi sull'altro, dando al secondo il tempo di raffreddarsi.
Per ottenere una finitura a specchio, la lucidatrice può eseguire una levigatura incrociata con il rullo o il disco lucidante in direzione perpendicolare al passaggio precedente. La levigatura incrociata evidenzia le aree che dovrebbero fondersi con la precedente finitura a graffio, ma non porta comunque la superficie a una finitura a specchio n. 8. Una volta rimossi tutti i graffi, saranno necessari un panno in feltro e un tampone lucidante per ottenere la finitura lucida desiderata.
Per ottenere la finitura perfetta, i produttori devono fornire ai rifinitori gli strumenti giusti, inclusi utensili e materiali veri e propri, nonché strumenti di comunicazione, come la creazione di campioni standard per determinare l'aspetto di una determinata finitura. Questi campioni (affissi accanto al reparto di finitura, nei documenti di formazione e nella documentazione di vendita) aiutano a mantenere tutti sulla stessa lunghezza d'onda.
Per quanto riguarda l'attrezzatura vera e propria (inclusi utensili elettrici e abrasivi), la geometria di alcuni componenti può risultare complessa anche per il team di finitura più esperto. Questo aspetto sarà di grande aiuto per gli utensili professionali.
Supponiamo che un operatore debba assemblare un tubo in acciaio inossidabile a pareti sottili. L'utilizzo di dischi lamellari o persino di tamburi può causare problemi, surriscaldamento e talvolta persino la formazione di un'area piatta sul tubo stesso. È qui che le levigatrici a nastro progettate per tubi possono rivelarsi utili. Il nastro trasportatore copre la maggior parte del diametro del tubo, distribuendo i punti di contatto, aumentando l'efficienza e riducendo l'apporto di calore. Tuttavia, come per ogni altra operazione, l'artigiano deve comunque spostare la levigatrice a nastro in una posizione diversa per ridurre l'accumulo di calore eccessivo ed evitare la brunitura.
Lo stesso vale per altri strumenti di finitura professionali. Prendiamo in considerazione una levigatrice a nastro progettata per punti difficili da raggiungere. Un tecnico può usarla per realizzare una saldatura a gola tra due assi con un angolo acuto. Invece di muovere la levigatrice a nastro a dita in verticale (un po' come lavarsi i denti), il tecnico la muove orizzontalmente lungo il bordo superiore della saldatura a gola e poi lungo quello inferiore, assicurandosi che la levigatrice a dita non rimanga troppo a lungo nello stesso punto.
La saldatura, la molatura e la finitura dell'acciaio inossidabile presentano un'altra sfida: garantire una corretta passivazione. Dopo tutte queste operazioni, è rimasta sulla superficie del materiale una contaminazione che avrebbe impedito la formazione naturale di uno strato di cromo inossidabile su tutta la superficie? L'ultima cosa di cui un produttore ha bisogno è un cliente arrabbiato che si lamenta di pezzi arrugginiti o sporchi. 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 garantirne una 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 distribuirli in altre zone. Tuttavia, per alcune applicazioni critiche, i produttori potrebbero aggiungere ulteriori fasi di pulizia, ad esempio testando la corretta passivazione prima che l'acciaio inossidabile lasci la fabbrica.
Supponiamo che un produttore stia saldando un importante componente in acciaio inossidabile per l'industria nucleare. Un saldatore ad arco di tungsteno professionale crea una giunzione liscia e perfetta. Ma, ancora una volta, si tratta di un'applicazione critica. Un membro del reparto di finitura utilizza una spazzola collegata a un sistema di pulizia elettrochimica per pulire la superficie di una saldatura. Quindi carteggia la saldatura con un abrasivo in tessuto non tessuto e un panno e rifinisce il tutto fino a ottenere una superficie liscia. Segue l'ultima spazzolatura con un sistema di pulizia elettrochimica. Dopo uno o due giorni di fermo, si utilizza un tester portatile per verificare la corretta passivazione del pezzo. I risultati, registrati e salvati insieme al 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 in genere in fasi successive. Di fatto, vengono solitamente eseguite poco prima dell'inizio del lavoro.
I pezzi lavorati in modo improprio generano scarti e rilavorazioni tra i più costosi, quindi è sensato per i produttori riconsiderare i propri reparti di levigatura e finitura. I miglioramenti nella levigatura e nella finitura contribuiscono a eliminare i principali colli di bottiglia, a migliorare la qualità, a eliminare i problemi e, soprattutto, ad aumentare la soddisfazione del cliente.
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