La lubrificazione delle macchine operatrici

Le moderne macchine utensili sono soggette a esigenze sempre crescenti in fatto di prestazioni, precisione e sicurezza. La loro lubrificazione è chiaramente fondamentale per garantire sia la durata nel tempo, sia la costanza delle prestazioni e della capability qualitativa. La corretta lubrificazione è alla base del buon funzionamento di qualunque meccanismo.

È noto a tutti che l’attrito tra le superfici metalliche deve essere sempre evitato, a causa delle perdite di energia meccanica e dell’usura che esso genera; è un fenomeno sempre presente nel mondo reale, la cui origine fisica è fatta risalire alle forze di adesione o coesione tra materiali in interazione tra loro. L’interposizione tra le superfici in movimento relativo di lubrificanti ha permesso di risolvere il problema, riducendo l’attrito e l’usura a valori accettabili. In una generica macchina operatrice possiamo analizzare il comportamento dei suoi principali gruppi funzionali.

Mandrino

E’ il componente principale di una macchina per asportazione di truciolo: blocca saldamente e mette in movimento (rotazione) il pezzo da lavorare. Il comportamento termico di un mandrino è di fondamentale importanza per la precisione di funzionamento e di lavoro: a causa delle elevate velocità che si raggiungono, al di là della struttura, le maggiori problematiche derivano proprio dalla temperatura generata dall’attrito dei cuscinetti, che è tanto maggiore quanto maggiore è il numero di giri raggiunto. Ancora pochi anni fa, la lubrificazione di supporti di mandrini ad alta velocità era possibile solo tramite costosi impianti di spruzzo e dosaggio d’olio. Oggi esistono in commercio grassi speciali che possono essere impiegati con un leggero precarico dei singoli cuscinetti, fino ad un diametro del foro di 60 mm e, in relazione alla durata del lavoro giornaliero, si raggiungono, in generale, alcuni anni di funzionamento dei supporti senza bisogno di manutenzione. Nel caso la lubrificazione interessi viti a circolazione di sfere e mandrini a rulli-satelliti, dove i movimenti lineari devono verificarsi con il minino attrito e la massima precisione di ripetizione, possono essere impiegati fondamentalmente gli stessi lubrificanti utilizzati per i cuscinetti a rotolamento, vale a dire sia olio sia grasso lubrificante. Rispetto ai cuscinetti a rotolamento, la temperatura d’esercizio massima è molto più importante, per la sua influenza sulla dilatazione assiale e, pertanto, sulla precisione.

Sistemi di serraggio

I requisiti di cui deve disporre il serraggio delle griffe di un mandrino sono la precisione e la forza costante: la diminuzione di quest’ultima può portare infatti al distacco del pezzo in lavorazione. Per aumentare l’efficacia di serraggio e la durata delle ganasce rotanti, è indispensabile una lubrificazione molto efficace dei componenti del dispositivo.

Piste di scorrimento

Premessa fondamentale per assicurare la precisione di lavorazione e di posizionamento nelle macchine utensili è che le piste di scorrimento e di guida siano scorrevoli, esenti da movimento stick-slip, esenti da scoppi e urti e consentano l’accelerazione e il rallentamento. Lo stick-slip è un fattore di disturbo molto diffuso sulle macchine utensili ed influisce negativamente sulla precisione: il fenomeno si manifesta alle basse velocità di strisciamento con lubrificazione inadeguata e causa un’insufficiente precisione di posizionamento e di lavorazione. Per impedire lo stick-slip è particolarmente importante il gioco combinato del tipo di superficie della slitta e del suo lubrificante. Un ulteriore miglioramento dello scorrimento può essere realizzato grazie ad un trattamento appropriato della superficie della slitta, trattamento che crea un “partner di reazione” con l’olio formando un sistema portante di lubrificazione.

Riduttore di velocità

I lubrificanti per riduttori sono prescritti dai costruttori in relazione al tipo (a ingranaggi cilindrici, conici, a vite senza fine, planetari) ed all’impiego: vengono usati, anche in questo caso, sia oli che grassi. Gli oli devono garantire principalmente lunga durata d’ esercizio, elevata protezione antiusura, eccellente sopportazione dei carichi, minimi coefficienti di attrito, buon rapporto viscosità-temperatura ed ampio campo di temperature d’impiego.

Un’altra forma di lubrificazione per i riduttori è quella ottenuta mediante grassi fluidi a base di olio sintetico, le cui principali caratteristiche sono un’elevata resistenza all’invecchiamento e una buona efficacia sia lubrificante, sia di carico. Infatti, in base al loro comportamento, dato dalla struttura viscosa, sotto carico agiscono come lubrificante oleoso, mentre nelle zone non caricate ed allo stato di riposo, assumono la consistenza di un grasso con prestazioni confrontabili a quelle degli oli. L’impiego di grassi per ingranaggi dipende fondamentalmente dalle velocità periferiche dei singoli ingranaggi e in generale valgono i seguenti valori limite:
– inferiore a 4 m/s per ingranaggi a vite senza fine (qualora sia immersa la chiocciola);
– inferiore a 1 m/s (qualora sia immersa la ruota);
– inferiore a 4 m/s per ingranaggi cilindrici e conici ad immersione.

È possibile poi effettuare un pretrattamento dei fianchi dei denti con una lacca essiccante per aumentare la quota portante dei denti stessi e migliorare l’efficacia umettante degli oli o dei grassi utilizzati per gli ingranaggi stessi. La lacca viene spruzzata sulle superfici preventivamente sgrassate a fondo. Dopo il suo indurimento, il film lubrificante asciutto subisce un rodaggio o viene compattato mediante un disco lucidatore, a questo punto è quindi possibile effettuare il trattamento con il lubrificante vero e proprio.

Vite a circolazione di sfere

Per questo tipo di trasmissione del moto viene impiegata la lubrificazione ad olio quando esista un dispositivo apposito. In questo caso la viscosità dell’olio dipende dal numero di giri, dalla temperatura ambiente e dal carico. Per assicurare un film lubrificante sufficiente in tutte le condizioni di lavoro, è consigliabile scegliere una viscosità più alta di quella rilevata. Nel caso non sia possibile installare un impianto di lubrificazione si può ricorrere alla lubrificazione a grasso. I vantaggi offerti da questa soluzione sono da ricercarsi nella migliore efficacia di tenuta, nella prevenzione del funzionamento a secco e nell’indipendenza dalla struttura.

Catene

Gli snodi delle catene sono paragonabili, dal punto di vista della lubrificazione, a cuscinetti a strisciamento lenti e oscillanti e non è pertanto possibile la formazione di un film lubrificante portante, trattandosi prevalentemente di attrito misto. Se, a queste condizioni sfavorevoli, si sommano la polvere e l’umidità, le funzionalità di una trasmissione a catena rischiano di essere compromesse, ad esempio a causa di un irrigidimento degli snodi che portano ad una perdita di prestazioni, usura e danni per corrosione da attrito. In questo caso, gli oli spray, penetrando negli snodi e mantenendoli morbidi, rendono le catene più scorrevoli.

 

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