Produzione di provini standard di ingranaggi per la valutazione di alterazioni termiche

Ispezione degli ingranaggi: produzione di provini standard per la valutazione di alterazioni termiche

Questa ricerca, condotta da Jonathan R. Crow e Michael A. Pershing di Caterpillar, Inc., descrive un metodo per la produzione di provini standard, utilizzati per verificare la presenza di danneggiamenti termici, indotti dalla rettifica tramite attacco elettrochimico.

I test che valutano la presenza di alterazioni termiche dovute a trattamenti di finitura meccanica (tipicamente rettifica) basati su attacco elettrochimico, sono la tipologia di prova più utilizzata per l’ispezione degli ingranaggi. Tali ispezioni si basano sul contrasto di colore, derivante dalla differente reazione del materiale alterato termicamente e non, che si ottiene con acido nitrico.  Oggigiorno vi sono problemi garantire la costanza delle proprietà del bagno acido. Per poter asserire che il bagno acido lavori in modo corretto, è necessario utilizzare dei provini standardizzati che permettano un controllo istantaneo delle sue proprietà e capacità di attacco. Di seguito si descrive un metodo per la produzione di provini che abbiano al loro interno significative alterazioni termiche, perfettamente controllate e riproducibili. Sul provino vengono indotti livelli differenti di bruciatura in modo da poter valutare la capacità del bagno di predire in modo corretto la presenza di tali alterazioni termiche. Il provino può essere utilizzato per valutare la capacità di un generico sistema di prevedere la presenza di bruciature assicurando l’opportuno livello di contrasto. Il provino qui sviluppato, con alterazioni termiche ben definite, dovrà essere usato ad intervalli regolari assieme ai componenti da testare così di assicurare in tempo reale la capacità del bagno chimico di cogliere l’eventuale presenza di alterazioni termiche. Di seguito viene descritto il metodo per la produzione di tali provini e il loro impiego per assicurare il controllo della qualità in modo standardizzato.

Introduzione

Le ruote dentate indurite e successivamente finite (tipicamente tramite rettifica) possono essere soggette ad alterazioni della struttura dette bruciature da rettifica. Questo tipo di danneggiamento si presenta quando i parametri di rettifica non sono scelti in modo corretto. Essi possono influenzare in modo negativo le proprietà metallurgiche in prossimità delle superficie e portare a cedimenti prematuri del componente. Gli effetti negativi dipendono dall’entità del danneggiamento e possono includere una diminuzione della durezza, un aumento della durezza, sforzi residui e, nei casi più gravi, anche nucleazione di cricche. La capacità di rilevare la presenza di alterazioni termiche è quindi fondamentale nel controllo qualità di qualsiasi tipo di ingranaggi induriti.

Benché oggigiorno siano disponibili varie tecnologie per il rilevamento delle bruciature da rettifica, molti produttori utilizzano ancora il metodo basato sull’attacco acido. Questo è stato utilizzato per anni con successo e rappresenta ancora un metodo valido per questo tipo di controllo. Altre tipologie di controllo non distruttivo (NDE) come le misure di rumore di Barkhausen, sono altrettanto valide ma di più costosa implementazione e vi è ancora una certa soglia di incertezza nella correlazione dei risultati. Per questa ragione, l’attacco acido trova ancora oggi grande diffusione. Sono molti gli standard internazionali relativi agli attacchi acidi [1, 2]. Il processo specifico varia di volta in volta ma in ogni caso vi è una combinazione di pre-pulitura, attacco acido, risciacqui, e trattamenti anti-ossidazione (figura 1) con lo scopo di creare un sufficiente contrasto tra le aree danneggiate e quelle non danneggiate (figura 2). Indipendentemente dal metodo utilizzato, il rilevamento del danno è basato su ispezioni visuali.

Background

Sono molti i parametri del bagno che possono essere controllati al fine di meglio osservare l’eventuale presenza di cricche. Tipicamente questo controllo agisce su tutti e le variabili (misurabili) di processo, come tempo di immersione, temperature del bagno, concentrazione del bagno, e molte altre. Il non perfetto controllo di anche una sola di queste variabili può portare a falsi positivi o falsi negativi in funzione della natura dell’errore, causando lavoro non necessario, rilavorazioni, scarto di pezzi e fluttuazioni nella qualità del prodotto. La corretta taratura di questi parametri si basa sull’esperienza in modo da massimizzare il contrasto ed al contempo ridurre al minimo il danneggiamento della parte e la quantità di materiale che viene rimosso. Definire dei limiti entro cui mantenere tutti i parametri di processo è molto complicato. I limiti possono venire scelti in modo anche troppo restrittivo rispetto a quanto sarebbe necessario al fine di dare una parvenza di controllo del processo. Ci sono poi una serie di variabili che sono difficili da quantificare (purezza della parte e del bagno solo per citarne alcune) perché di difficile misurazione in un ambiente lavorativo/industriale. Il provino descritto nel seguito supera tutte le limitazioni del processo convenzionale e offre un’indicazione diretta di quale tipo/livello di bruciatura il bagno sia in grado di misurare.

Molte normative (ISO 14014 and AMS 2649) [1,2] permettono di arrivare ad avere campioni uniformati con bruciature indotte e note per la verifica della capacità del bagno acido di evidenziarle. La creazione di tali provini, però, esula dagli scopi di questo articolo. Se con una mola è sicuramente possibile creare qualsiasi livello di bruciatura, la ripetibilità di un approccio di questo tipo è alquanto aleatoria. La capacità di ottenere sempre il medesimo livello di danneggiamento termico anche su provini lavorati in sedi differenti e da produttori differenti è fondamentale. Questo articolo è incentrato proprio su come ottenere in modo controllato e ripetibile differenti livelli di bruciatura su uno stesso provino.

Articolo tratto da una relazione presentata all’AGMA FTM 2017 e stampato con l’autorizzazione dell’American Gear Manufacturers Association, proprietaria dei diritti d’autore. American Gear Manufacturers Association, 1001 N. Fairfax Street, 5th Floor, Alexandria, Virginia 22314.

Le dichiarazioni e le opinioni espresse in questo testo sono quelle degli autori e non sono da considerarsi ufficiali dell’American Gear Manufacturers Association. Si ringrazia l’AGMA per la gentile autorizzazione alla pubblicazione (NdR).