Finitura con molteplici vantaggi

Elementi essenziali del processo

La lucidatura a rullo è un processo di levigatura e compressione per superfici metalliche che non crea trucioli, ottenuto tramite elementi di rullatura. Per comprendere cosa avviene durante questo processo di finitura e per essere in grado di impiegare la sua piena gamma di vantaggi, è utile avere una conoscenza di base dei requisiti, degli impatti e delle possibilità. Questi sono gli argomenti importanti:

Qualità del pezzo di lavoro
Qualità del pezzo di lavoro
Qualsiasi superficie prodotta con i metodi di taglio mostra una struttura tipica creata dalla geometria e dall'alimentazione del bordo di taglio. Questa forma della superficie è cruciale per il risultato del processo di lucidatura a rullo.
 
 
Superfici create da bordi di taglio definiti geometricamente, ad es. tornitura:

  • profilo periodico costante
  • rugosità costante
  • picchi di profilo marcati

Processo di tornitura

 

 

I risultati sono condizioni molto stabili per un processo di lucidatura a rullo.

 

Superficie tipica creata da bordi di taglio

definiti geometricamente 


 

 

Superficie tipica creata da bordi di taglio non definiti geometricamente, ad es. molatura:

  • profilo irregolare
  • ridotta rugosità con "intaccature singole"
  • formazione di plateau

Processo di molatura

 

 

I risultati sono forze di rullatura maggiori e usura durante la rullatura.

Superficie tipica creata da bordi di molatura

non definiti

 

 

 

misurazione di superficie

La misurazione di superficie viene eseguita principalmente con un cosiddetto profilometro. Uno stilo con punta di diamante (ad es. con raggio di 0,2 μm) viene spostato verticalmente in contatto con il pezzo e, quindi, lateralmente lungo la superficie per una distanza di misurazione definita. Quindi viene registrato il profilo della superficie. In realtà, qualsiasi superficie devia più o meno dalla sua superficie ideale (senza deviazioni dimensionali, di forma e sagoma). I diversi tipi di deviazione della forma possono essere visualizzati separatamente (ad es. in grafici).

 

 

 

Parametri di rugosità di superficie

Parametri di rugosità di superficie Baublies
  • Altezza totale Wt:
    L'altezza totale del rispettivo tipo di profilo è l'altezza massima fra il picco più elevato e la valle più profonda. Descrive l'ondulazione delle superfici.
  • Profondità di rugosità massima Rmax:
    La rugosità massima è la maggiore singola profondità all'interno della lunghezza di valutazione. Dipende da criteri individuali e, pertanto, può variare ampiamente.
  • Altezza media massima del profilo Rz:
    Valore medio dei cinque valori Rz delle cinque lunghezze di campionamento. Dipende in misura minore dai criteri individuali e, pertanto, caratterizza meglio la rugosità "reale".
  • Deviazione media aritmetica del profilo valutato Ra:
    Ra è il valore della rugosità media aritmetica ricavato dalle quantità dei valori di tutti i profili. Ra non distingue fra picchi e valli e ha un carattere informativo relativamente debole.
  • Altezza di picco del profilo massima Rp, profondità di valle del profilo massima Rv:
    Il quoziente di Rp e Rv mostra se picchi o valli sono prevalenti nel profilo.
  • Rapporto di materiale del profilo Rmr:
    Rmr indica quale rapporto ha assunto la lunghezza totale del materiale relativamente alla lunghezza di valutazione (in %). Il confronto è effettuato all'altezza della sezione specificata (c) e alla lunghezza di valutazione totale (lm). La curva del rapporto di materiale indica il rapporto di materiale come funzione dell'altezza della sezione.
Proprietà dei materiali

Resistenza in N/mm2 o MPa

La resistenza è la capacità del materiale di resistere a una forza applicata.
La resistenza di un materiale metallico è determinata principalmente dalla matrice cristallina e dalla sua struttura (errori di struttura della matrice). Le condizioni di stress possono, inoltre, influire sulla resistenza del materiale.



Il carico di rottura è rilevato dal test di trazione. Durante questo test, il campione di materiale viene esposto a una forza di allungamento crescente e, pertanto, le deformazioni elastiche e plastiche associate vengono registrate nel diagramma di sforzo-deformazione.

 

Proprietà dei materiali Baublies - durezza
Schema of a hardness measurement

Durezza

La durezza descrive la capacità del materiale di resistere alle indentazioni, cioè compressioni della superficie del materiale causate da impatti.

Vi sono diversi metodi di test (Rockwell, Vickers, Brinell) per determinare la durezza.

La maggiore durezza superficiale ottenuta con la lucidatura a rullo è uno dei risultati positivi della tecnologia.

 

 

 

Incrudimento dello strato superficiale

Per rendere durevoli e resistenti i componenti di applicazioni tecniche possono essere applicati diversi metodi di incrudimento dello strato superficiale. Ad esempio:

  • processi termici (incrudimento)
  • metodi termochimici (azotatura o azoto-carburatura)
  • metodi meccanici (lucidatura a rullo)

 

 

L'incrudimento con metodi meccanici si basa sui seguenti meccanismi:

  • incrudimento a freddo aumentando la densità di dislocazione causata dalla formazione di nuove dislocazioni durante la deformazione plastica del materiale.
  • la generazione di stress residui nello strato di superficie. Stress compressivi interni, indotti dall'allungamento della superficie che è compensato dal materiale sottostante.
  • la trasformazione della microstruttura indotta meccanicamente.
  • riduzione dell'effetto tacca grazie al miglioramento della finitura di superficie.

 

 

Fasi di deformazione elastica e plastica

Il grafico mostra il comportamento di allungamento tipico dei materiali duttili nei test di trazione in cui una barra campione è soggetta a un carico di rottura gradualmente crescente.

 

Punto 0-1 L'allungamento della barra è proporzionale all'aumento della tensione. Ad esempio, quando la tensione aumenta del 10%, la lunghezza aumenta del 10%.
Punto 1 La barra raggiunge il limite di proporzionalità. Oltre questo punto, la lunghezza inizia a aumentare a un tasso leggermente più elevato rispetto alla tensione
Punto 2 Viene raggiunto il limite elastico. Oltre questo punto, la barra non ritorna più alla sua lunghezza originale. In molti materiali il limite elastico viene raggiunto quasi immediatamente dopo il limite di proporzionalità.
Punto 3 La barra raggiunge il suo punto di snervamento. Una volta snervata, continua ad aumentare in lunghezza anche senza ulteriore aumento di tensione.
Punto 4 Questo è il carico di rottura finale (UTS) del materiale. Oltre a questo punto appare una vita (una sezione più stretta) in un punto lungo la lunghezza della barra, segnalando che sta per rompersi.
Punto 5 Questo è il punto di rottura, in cui la barra si rompe in due parti.

 

 

Sforzo dei materiali

La differenza fra sforzo statico e dinamico deve essere presa in considerazione.

 

Carico statico
È una forza costante su un materiale dovuta a tensione, pressione o torsione.
La capacità di carico del materiale, a iniziare dalla deformazione plastica fino alla frattura, può essere predetta dalle proprietà del materiale (diagramma di sforzo-deformazione) e dal carico.

 

Fmax = resistenza x sezione

 

 

Sforzo dinamico

Si tratta di una forza ricorrente sul materiale dovuta a tensione, pressione o torsione.

In caso di sforzo dinamico, il limite di carico è molto inferiore rispetto allo sforzo statico. Le prestazioni del materiale vengono definite in base a questo sforzo. Vengono visualizzate con una curva S-N. Mostra lo sforzo tollerabile a seconda del numero di cicli di carico fino alla rottura. A seconda del numero di cicli di carico si distingue fra resistenza statica, temporanea e permanente. L'area di rottura spesso si trova a un punto di variazione dei diametri poiché si verifica un picco di tensione del materiale. Inoltre, anche le aree con elevata rugosità di superficie causano fratture dovute all'effetto tacca.

 

L'obiettivo della lucidatura a rullo

Il vantaggio della lucidatura a rullo è la fabbricazione economica, semplice e affidabile della massima qualità di superficie pur aumentando la resistenza e durezza del pezzo.

 

 

Flusso di materiale durante la lucidatura a rullo
Material flow during roller burnishing

Cos'è la lucidatura a rullo

  • La lucidatura a rullo è un metodo di levigatura e incrudimento di superfici metalliche con elementi di formazione che non prevede il taglio.
  • Durante la lucidatura a rullo gli elementi di formazione sono caricati con una forza diretta verticalmente sulla superficie (forza di lucidatura a rullo). Pertanto, il profilo di rugosità viene deformato plasticamente e levigato.
  • La lucidatura a rullo modifica la condizione di stress dello strato di superficie del materiale.
  • La lucidatura a rullo è un metodo di microfinitura.

 

Movimenti del pezzo e del rullo durante la lucidatura a rullo
Movements of workpiece and roller during roller burnishing

Lucidatura a rullo per levigatura

La forza di lucidatura a rullo produce una pressione di superficie (fatica hertziana) nella zona di contatto degli elementi di lucidatura. Pertanto, il limite di scorrimento del materiale viene raggiunto nell'area di contatto e quindi il profilo della superficie viene deformato plasticamente e levigato. Il volume di materiale delle aree elevate dei picchi del profilo viene premuto nella levigatura delle valli del profilo.
Quindi viene ridotta significativamente la rugosità di superficie. La differenza dimensionale risultante fra il pezzo pre-lavorato e il pezzo lucidato a rullo dipende dalla rugosità originaria. Qui la forza di rullatura viene mantenuta più bassa possibile. L'obiettivo preferito del processo è la qualità di superficie, non tanto l'incrudimento.

 

Vantaggi

  • Superfici a specchio con rugosità inferiore a 1 μm
  • Elevato rapporto di materiale del profilo che crea caratteristiche di usura ottimizzate
  • Rischio ridotto di formazione di fessure causate da micro tacche
  • Migliore resistenza alla corrosione

 

Incrudimento di diversi materiali tramite lucidatura a rullo
Hardening of various materials by roller burnishing

Incrudimento con rullatura pesante

Durante la rullatura pesante viene eseguita la stessa cinematica della lucidatura a rullo. L'obiettivo è l'incrudimento del materiale. In questo caso, la pressione di rullatura è più elevata. Pertanto, si verificano i seguenti effetti:

 

  • Incrudimento causato da movimenti di dislocazione all'interno della struttura cristallina del materiale.
  • Si verifica uno stato di fatica nello strato di superficie. Questo avviene a causa dell'interazione dell'allungamento della superficie plastica compensato dalla deformazione elastica dello strato di interfaccia. Questo stato di fatica, in genere, avviene a una profondità fino a 0,8 mm.
  • La trasformazione micro-strutturale indotta meccanicamente.
  • Il miglioramento della qualità della superficie un ridotto effetto tacca.
Aumento della resistenza dinamica tramite la lucidatura a rullo
Increase of dynamic resiliance through roller burnishing

Il livello di incrudimento dipende da diversi parametri:

  • La pressione e la velocità di rullatura
  • La geometria del rullo e del pezzo
  • Le proprietà dei materiali
  • Il numero di rotazioni in una determinata sezione
Increase of dynamic resiliance through roller burnishing

Proprietà delle superfici lucidate a rullo

Le superfici lucidate a rullo sono caratterizzate dalle seguenti proprietà:

 

  • valori di rugosità molto bassi, fino a Rz <1 μm, che risultano in formazione di fessure e corrosione ridotte.
  • rapporto di materiale del profilo molto elevato causato dalla formazione di plateau.
  • picchi di profilo ridotti.
  • Profilo "arrotondato", con minore abrasività rispetto a una superficie molata.
  • Maggiore resistenza dinamica causata da un significativo incrudimento.
  • Maggiore durezza di superficie che riduce l'usura da abrasione.

 

Quali materiali possono essere lucidati a rullo

  • Qualsiasi metallo deformabile plasticamente può essere lucidato a rullo.
  • Gli utensili di lucidatura a rullo standard con rulli in acciaio possono essere utilizzati per durezze fino a 45 HRC.
  • Quando si utilizzano utensili di lucidatura a diamante la durezza del materiale può superare 60 HRC.
  • La rullabilità è definita dalla capacità del materiale di essere deformato plasticamente. Un'indicazione è l'allungamento di rottura, che dovrebbe essere superiore al 5%. Un maggiore allungamento di rottura migliora la rullabilità.

 

Quali risultati possono essere ottenuti?

A causa della varietà dei materiali sono illustrati solo dei valori approssimativi

 

Rugosità media Rz

Condizioni di processo Acciaio (1.4104) Ghisa (GG40) Acciaio ca. 60 HRC
Ottimale 0,5 - 1 1,5 - 2,5 0,5 - 1
Normale 0,8 - 1,5 2,5 - 4 0,8 - 1,5
Difficile 1,5 - 3 4 - 6 1,5 - 3
  • Lavorazione pesante oltre 60 HRC:
    Nella lavorazione di materiali con durezza superiore a 60 HRC la superficie deve essere pre-lavorata in un intervallo di Rz 2-5 μm. Quindi la finitura di superficie ottenibile è circa Rz 1 μm.
  • Rapporto di materiale
    La lucidatura a rullo aumenta il rapporto di materiale. In un'altezza C di 0,2-0,4 μm i valori dovrebbero raggiungere più del 70%.
  • Resistenza dinamica
    La resistenza alle vibrazioni in genere può essere aumentata del 20 - 60%. In alcune condizioni è possibile ottenere più del 100%.
  • Durezza di superficie
    L'aumento della durezza nei materiali in acciaio può essere superiore a 20 HV e fino a 50 HV.

 

Quali geometrie possono essere lucidate a rullo?

La lucidatura a rullo può essere applicata su superfici interne ed esterne di quasi tutti i pezzi a rotazione simmetrica.
Per la lucidatura a rullo di fori e alberi è disponibile una gamma completa di utensili standard.
In base ai nostri oltre 40 anni di esperienza, siamo anche in grado di fornire soluzioni su misura praticamente per tutte le altre geometrie.



Lo sviluppo della tecnologia di lucidatura a diamante ci consente di operare in nuove aree come la lucidatura di superfici a forma libera, ad es. nella creazione di stampi.

 

Alcuni esempi di forme lucidabili

Tipi di utensili di lucidatura a rullo

A causa dei diversi requisiti, gli utensili di lucidatura a rullo sono suddivisi in diversi tipi:

  • utensili e macchine a più rulli
  • utensili a rullo singolo
  • utensili di lucidatura a diamante
  • utensili di formazione

 

 

Utensili a più rulli

Il design classico degli utensili di lucidatura a rullo è rappresentato dagli utensili a più rulli. Sono offerti in un'ampia gamma di forme standard e speciali.
In genere, sono utilizzati per lavorare su fori cilindrici, alberi, coni e superfici piane.
Il vantaggio di avere più rulli che funzionano contemporaneamente è una lavorazione rapida ed economica senza forze trasversali all'asse di rotazione.
Questi tipi di utensili sono utilizzati su tutti i tipi di macchine affermati.

Cinematica degli utensili a più rulli

Il pezzo, l'utensile o entrambi ruotano durante la lucidatura a rullo. Durante la lucidatura a rullo il movimento di rullatura è simile alla cinematica di un ingranaggio planetario. Il cono (1) è collegato saldamente all'attrezzaggio dell'utensile (4). La gabbia con cuscinetti a sfera (3) che contiene i rulli (2) può ruotare liberamente. Il cono supporta i rulli e regola la pressione richiesta per la formazione della superficie. La posizione assiale del cono definisce il diametro dell'utensile e la pressione di rullatura.

Utensili di lucidatura a rullo singolo

  • Qui è in funzione un solo rullo.
  • Gli utensili a rullo singolo sono offerti con i seguenti design: sistemi variabili, modulari e sottili.
  • Gli utensili a rullo singolo sono utilizzati per lavorare diversi diametri.
  • Gli utensili a rullo singolo sono caricati a molla per compensare le tolleranze di pre-lavorazione.
  • Gli utensili a rullo singolo possono essere dotati di rulli standard o progettati specificamente per i requisiti di processo.
  • Gli utensili a rullo singolo sono idonei per la lavorazione di parti cilindriche e profili come raggi, coni o incassi.
  • Gli utensili a rullo singolo sono perfettamente idonei per l'incrudimento.

 

 

Smoothing and strain hardening of internal contour with a diamond burnishing tool

Utensili di lucidatura a diamante

  • Qui il processo di lucidatura non viene eseguito da un rullo rotante, ma da un diamante sferico fisso. Il diamante scorre sulla superficie e forma un profilo, comparabile al rotolamento di una sfera sulla superficie.
  • Questo processo di levigatura e incrudimento è simile al processo con gli utensili di rullatura convenzionali.
  • Le possibilità di design e le eccellenti caratteristiche materiali
    del diamante generano un ampliamento significativo per le applicazioni di lucidatura a rullo.
  • Ora è possibile lavorare diversi profili con l'area di contatto a punta e il design sottile del diamante. Ad esempio, le parti a parete sottile possono essere levigate con il diamante.
  • L'eccezionale durezza del diamante consente la lavorazione di materiali con durezza superiore a 60 HRC.
  • Il design degli utensili contiene esclusivamente componenti meccanici, pertanto gli utensili possono essere utilizzati su quasi tutte le macchine utensili. Non sono necessarie costose apparecchiature supplementari come gli utensili condotti o le pompe idrauliche.
  • Il design sottile consente l'applicazione degli utensili in macchine di piccole dimensioni, ad esempio torni svizzeri.
  • In base ai requisiti del pezzo, la forma del diamante può essere adattata, da raggi variabili a coni e piramidi.
  • È possibile combinare l'utensile di lucidatura a diamante con utensili di taglio.

 

 

Utensili di formazione

  • Gli utensili di formazione sono una categoria speciale della gamma di prodotti Baublies. Il design degli utensili è simile agli utensili di lucidatura a rullo.
  • L'obiettivo più importante del processo di formazione non è il miglioramento della rugosità di superficie, ma la specifica trasformazione della geometria del pezzo.
  • Gli utensili di formazione sono utilizzati su macchine utensili standard (CNC) o su macchine speciali integrate nelle linee di assemblaggio.
Utilizzo degli utensili di lucidatura a rullo

Requisiti delle macchine

Gli utensili di lucidatura a rullo sono idonei su tutte le macchine utensili comuni come...

  • Torni, sia convenzionali che CNC
  • Centri di lavorazione
  • Linee di trasferimento
  • Macchine di trasferimento girevoli
  • Macchine per trapanatura
  • Mulini, ecc.

 

Gli utensili di lucidatura a rullo sono utilizzati in quasi tutti i settori metallurgici, ad esempio le industrie automobilistiche, i componenti idraulici e pneumatici, il settore aereo, le industrie mediche, di costruzione dei macchinari, la fabbricazione di gioielli, ecc.

 

 

Possibilità di attrezzaggi e bloccaggi

L'attrezzaggio standard per gli utensili di lucidatura a più rulli è:

  • Cilindrico ai sensi di DIN 1835
  • Cono Morse ai sensi di DIN 228

 

Sono disponibili tutti i sistemi di bloccaggio più comuni, ad es.:
VDI - DIN 69880,
SK - DIN 69871, DIN 2080
HSK - DIN 69893

Inoltre sono disponibili sistemi di specifici produttori: Capto®, MVS®, KM®, ABS®

 

 

Raffreddamento/lubrificazione

Per la lucidatura a rullo in un processo manuale (ad es. con una macchina per trapanatura)
la lubrificazione con una piccola quantità di olio è adeguata.
A velocità o pressione di lucidatura elevata, è molto utile avere un raffreddamento continuo con emulsione o olio da taglio, per aumentare la durata dell'utensile.

 

Il fluido di raffreddamento/lubrificazione viene utilizzato anche per la rimozione dello sporco dalla superficie e deve essere mantenuto il più pulito possibile per evitare che le particelle di sporco siano pressate nella superficie. (si consiglia la filtrazione del refrigerante)

 

Gli utensili di lucidatura a diamante devono essere utilizzati con refrigerante poiché il calore causato dall'attrito del diamante sulla superficie danneggerebbe rapidamente il diamante stesso.

Vantaggi per il cliente

Lavorazione completa

Grazie alla lavorazione completa con una singola macchina, non sono richieste macchine speciali. La manipolazione dei pezzi durante la produzione è semplificata, pertanto i costi di trasporto, magazzinaggio e impostazione della macchina sono ridotti.

 

 

Lavorazione affidabile

Il processo di lucidatura a rullo è estremamente affidabile, rapido e semplice da eseguire. Può essere adattato facilmente a un processo di manifattura esistente.

 

 

Miglioramento della qualità

Rispetto ai processi che producono trucioli, è presente un notevole miglioramento della qualità di superficie, della resistenza, della durezza e della resistenza all'usura del materiale.

 

 

Eco-compatibile

Nel processo di lucidatura a rullo non viene asportato alcun materiale, pertanto non vi sono prodotti di scarto da smaltire.

 

 

Economico

La lucidatura a rullo è economicamente efficiente grazie ai brevi tempi dei cicli e risulta in un'elevata qualità di prodotto. Il risultato è la manifattura con un buon rapporto qualità-prezzo e un rapido ammortamento.