Mole abrasive e rulli diamantati

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Le mole a vite per la rettifica continua per generazione di ingranaggi cilindrici sono costruite con allumina, cioè ossido di alluminio (Al2O3). L’allumina è un prodotto conosciuto da sempre che, secoli fa, si ricavava dall’isola di Naxos da cui prese il nome uno dei primi costruttori di mole.

Fig. 1 – Cristalli di allumina naturale

I blocchi di allumina, oggi prodotta in forni elettrici simili a quelli usati per produrre l’alluminio, vengono frantumati e si ricavano dei cristalli, che, attraverso setacci, vengono poi selezionati nelle varie grane 46, 60, 80, ecc. I cristalli sono simili a un cristallo di sale che si rompe secondo piani casuali e presenta piani o taglienti diversificati (figura 1).

Possiamo definire questo tipo di abrasivo “allumina naturale” per differenziarla dall’allumina sinterizzata” che si ottiene, invece, con un processo termo-chimico con cui si ricavano cristalli formati da micrograne di 1 micron circa; questi cristalli sono classificati con gli stessi setacci usati per l’allumina naturale.

Fig. 2 – Cristalli di allumina naturale già inglobati nella mola del tipo FT

L’allumina sinterizzata è commercializzata con i nomi SG (Seeded Gel), Cubitron e Abral. Questo abrasivo, quando viene frantumato/ravvivato, presenta migliaia di piccoli taglienti che rendono l’azione tagliente estremamente dolce e permette una buona finitura. Tuttavia, l’allumina sinterizzata presenta almeno due inconvenienti:

• ha bisogno di forti pressioni per auto-ravvivarsi o per tagliare gli acciai più resistenti. Le macchine quindi devono essere più potenti e rigide.

• è molto aggressiva con il diamante, quindi si usurano più velocemente i rulli diamantati e i ravvivatori diamantati stazionari.

Sovente per migliorare le caratteristiche degli abrasivi si provvede ad additivarli con sostanze naturali che riducono l’attrito dei trucioli e agevolano lo smaltimento del calore prodotto dalla fase di asportazione sul pezzo.

Tra le aziende italiane specializzate in mole abrasive e rulli diamantati c’è anche Serma Srl di Bologna.

Le mole abrasive

Le mole per la rettifica degli ingranaggi cilindrici si possono dividere in due categorie: quelle a vite che lavorano per generazione continua e quelle di forma che lavorano un dente alla volta. Qui ci occuperemo in prevalenza del primo tipo che sono quelle più usate nella rettifica di ingranaggi del settore automotive.

Le mole di forma infatti sono più convenienti, dal punto di vista del tempo ciclo, solo per ingranaggi con un numero di denti inferiore a 15, oppure per ingranaggi molto grandi o con particolari esigenze.

Le mole a vite funzionano, dal punto di vista cinematico, esattamente come un creatore e quindi hanno subito, più o meno, la stessa evoluzione che ha avuto questo utensile. In particolare, ora si usano comunemente mole a vite con molti principi ed è normale scegliere mole con ridotti diametri e con notevoli lunghezze. La società Serma individua le mole additivate di colore giallo con la sigla FT (Full Tech); queste mole non sono aggressive con il rullo diamantato poiché non contengono allumine sinterizzate e sul pezzo hanno una azione dolce con una bassa pressione di taglio (figura 4).Il piccolo diametro è scelto per aumentare il numero di giri al minuto del pezzo e quindi, a parità di avanzamento per giro, ad aumentare l’avanzamento al minuto con evidente vantaggio sul tempo di rettifica.Le grane utilizzate nello specifico della rettifica degli ingranaggi variano genericamente da 70 a 100; la performance di queste grane è incrementata dall’aumento delle velocità di taglio che possono essere raggiunte dalle macchine più moderne che attualmente si stanno stabilizzando attorno gli 80 m/sec, questo in assenza di particolari vincoli quali il materiale lavorato, dimensioni e numero di denti dell’ingranaggio. Oramai non si parla più di sgrossatura e finitura nella rettifica in quanto si raggiungono facilmente rugosità prossime allo 0,4 anche senza una specifica operazione di finitura. Nel caso sia richiesta la lappatura o lucidatura si possono utilizzare mole in doppia grana, ad esempio 70 e 120/150.

Diamanti sintetici

Per la costruzione dei rulli diamantati si usano ormai solo diamanti sintetici (color giallo paglierino) in quanto garantiscono una qualità costante, di alto livello, mentre la durezza è stabile in un range che è circa da 90 a 95 KN/mm2.

Fig. 3 – Mole a vite di diametro limitato e di grande lunghezza

La durezza del diamante naturale è molto meno stabile e oscilla fra 65 e 95 KN/mm2, con effetti sensibili sulle prestazioni. Risalgono alla fine del 1800 inizio 1900 i primi tentativi per realizzare diamanti sintetici per sostituire quelli naturali la cui disponibilità è molto inferiore alle reali crescenti necessità dell’industria. Solo nel corso della seconda guerra mondiale, intorno il 1940, è stata avviata una ricerca sistematica per sviluppare diamanti sintetici con due tecnologie:

• CVD (Chemical Vapor Deposition), cioè sintesi a deposizione chimica da vapore;

Fig. 4 – Mola a vite Full Tech a 4 principi

• HPHT (High Pressure High Temperature) cioè sintesi ad elevata pressione e temperatura. Questi diamanti sono detti anche MCD (Mono Crystalline Diamond). Queste due tecnologie, introdotte a partire dal 1953, sono attualmente quelle più diffuse nella produzione di diamante sintetico. Le proprietà del diamante sintetico dipendono essenzialmente dai parametri utilizzati durante la loro produzione, e possono essere inferiori o superiori a quelle dei diamanti naturali, ma in genere, con i due processi CVD e HPHT si possono ottenere diamanti con durezze e conducibilità termica maggiore rispetto i diamanti naturali.

Queste caratteristiche li rendono particolarmente idonei sia per lavorare mole abrasive sia per utensili da taglio (tornitura e alesatura di precisione).

Caratteristiche del diamante sintetico

Le caratteristiche  preferibile al diamante naturale nelle applicazioni industriali sono:

durezza superiore (con un ristretto intervallo di variazione);

• elevata conducibilità termica (fino a 5 volte quella del rame);

• basso coefficiente di dilatazione termica;

inattaccabile da acidi o agenti chimici;

grafitizzazione solo a temperature superiori a 800 °C in atmosfera contenente ossigeno.

È prevedibile che i diamanti sintetici siano destinati a soppiantare completamente i diamanti naturali nelle applicazioni industriali e questo non solo a causa delle migliori caratteristiche fisiche, ma anche perché le risorse naturali diventano sempre minori a causa dello storico sfruttamento intensivo cui sono sottoposti i giacimenti sotterranei.La ricerca di nuovi filoni diventa sempre più costosa ed in definitiva antieconomica.

Inoltre, il diamante sintetico, essendo una produzione industriale, risente meno delle speculazioni legate alla moda, alla gioielleria, ai conflitti e allo sfruttamento dei minori.

Rulli diamantati

La nuova tecnologia adottata da Serma permette di “saldare” i cristalli di diamante al corpo in acciaio per cui si può utilizzare lo strato di diamante per almeno il 70-80% delle sue dimensioni mentre, con le precedenti tecnologie, basate sulla deposizione e ricopertura/fissaggio per mezzo di uno strato di Nichel, si poteva utilizzare al massimo il 30-35% dello strato diamantato. Questa tecnica permette di allungare la vita del rullo almeno del 60% al primo utilizzo rispetto alle tecnologie convenzionali. Inoltre, la rugosità ottenuta è decisamente migliore, Ra 0,4 μ contro Ra 0,8 μ, perché c’è maggiore facilità di raffreddamento del rullo che permette anche una maggiore precisione del profilo.

Fig. 5 – Ravvivatura di una mola a vite con rullo diamantato

La dimensione dei cristalli di diamante è in funzione della grana della mola e può variare in base alla forma geometrica della mola stessa.Il posizionamento dei cristalli sul corpo è studiato in base ai profili da ottenere, ma soprattutto i cristalli di diamante vengono posizionati sul corpo con un robot per cui il distanziamento fra i cristalli è perfettamente definito, costante e omogeneo. Un posizionamento random può comportare zone con densità più o meno alte, fino a provocare surriscaldamenti e bruciature.

Bisogna tenere presente che la ravvivatura delle mole comporta sia il ripristino del profilo sia l’eliminazione degli insidiosi micro-trucioli, che si fissano nelle porosità della mola (figura 5). Quindi, solo una perfetta distribuzione dei cristalli di diamante nel rullo può garantire un perfetto ripristino dei taglienti ad ogni ciclo di ravvivatura.

Si ringrazia Serma Srl per la documentazione tecnica e le immagini fornite.

 

 

 

 

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