Il magnesio e la lubrorefrigerazione

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La buona lavorabilità all’utensile delle leghe di magnesio richiede comunque delle attenzioni: che ruolo ha la lubrorefrigerazione?

L’interesse per l’utilizzo del magnesio e soprattutto delle sue leghe in vari settori è in costante crescita. Il magnesio rientra infatti tra gli elementi più abbondanti nella crosta terrestre e la sua più apprezzata caratteristica è la leggerezza.

Più precisamente, magnesio è l’ottavo elemento in ordine di abbondanza nella crosta terrestre: costituisce il 2,3% in peso della litosfera, entra nella composizione della Dolomite ed è presente nelle acque marine, con un contenuto medio di circa 1,1%. Allo stato puro il magnesio ha scarse caratteristiche meccaniche, quindi, per un impiego industriale, viene utilizzato in lega con altri elementi, in modo da raggiungere le proprietà desiderate e, in particolare, un elevato rapporto resistenza-peso; in forma pura è estremamente infiammabile, specie se sotto forma di polvere fina, e brucia con una fiamma bianca “accecante”, ed è ben nota la sua alta infiammabilità.

Il magnesio non ha praticamente impiego allo stato puro, ma viene utilizzato in lega o nei materiali compositi costituiti da leghe rinforzate. Si possono considerare a tutti gli effetti una valida alternativa alle leghe dell’alluminio, soprattutto in quei casi in cui è necessaria grande leggerezza, quindi ad esempio nel settore aerospaziale e automotive.

C’è chi lo definisce un materiale per tecnici raffinati, ma sta di fatto che le moderne leghe, e i relativi processi produttivi si sono molto evoluti nel tempo, tanto che oggi si ottengono manufatti super leggeri e con notevoli specifiche meccaniche, precisi e con qualità superficiali ottime, spesso senza dover ricorrere a superfinitura.

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Parlando di leghe

Alluminio, zinco, manganese e metalli delle terre rare (scandio ittrio e lantanidi) sono i principali elementi che si trovano nelle leghe di magnesio. Questi elementi contribuiscono a modificare le caratteristiche e le proprietà fisiche, chimiche e meccaniche del materiale e permettono quindi di ottenere materiali idonei per diverse applicazioni.

L’alluminio, che viene indicato nel nome della lega con la lettera A, è usato per migliorare la colabilità e la resistenza meccanica, la durezza e la resistenza alla corrosione. L’alluminio causa tuttavia un aumento della fragilità, motivo per cui le leghe che contengono alluminio sono adatte ad essere lavorate per deformazione plastica o per colata.

Lo zinco, indicato con la lettera Z, in lega aumenta la resistenza a trazione e migliora la resilienza di deformarsi plasticamente.

Il manganese, indicato con lettera M, contrasta la corrosione e aumenta la malleabilità.

Lo zirconio, indicato con la lettera K, affina il grano.

Il torio, indicato con la lettera H, affina il grano e aggiunto a leghe magnesio, migliora la resistenza alle alte temperature.

Le terre rare, indicate E, aumentano la resistenza a caldo.

Il rame indicato con lettera C aumenta fluidità del metallo

Le leghe di magnesio più diffuse nel settore metalmeccanico, in funzione anche delle caratteristiche richieste dal settore, sono quelle con alto tenore di alluminio.

Lavorabilità e infiammabilità

La lavorabilità delle leghe di magnesio è considerata eccellente, data la bassa resistenza offerta al taglio e, di conseguenza, alle limitate forze richieste. Questo implica la possibilità di lavorare ad alta velocità, con un risparmio diretto sui tempi di esecuzione e indiretto sull’utensile, che, usurandosi meno, ha una vita utile maggiore. Un’altra interessante caratteristica è la possibilità di ottenere un’ottima finitura superficiale, che rende pressoché inusuale la superfinitura.

Ma c’è anche un rovescio della medaglia, un’insidia: il pericolo di incendio dovuto alla facile reattività di residui e sfridi. E’ dunque consigliabile abbattere lo sviluppo di calore, tipicamente quello generato per attrito pezzo-utensile, in modo da scongiurare il rischio di incendio.

Un incendio si può innescare anche a causa della presenza di scintille da lavorazione, che possono entrare in contatto con polveri di magnesio, o trucioli fini, facilmente infiammabili. «Tutto questo ci porterebbe a pensare che utilizzare un lubrorefrigerante solubile in acqua possa essere la scelta migliore per abbattere velocemente le temperature e ovviare a questa problematica: non si tratta però della soluzione ottimale – spiega Valentino Foiadelli, direttore tecnico-commerciale di Bellini . Il magnesio è un elemento chimico molto reattivo in presenza di acqua, generando reazioni molto forti ed esotermiche. Benché si lavorino solo leghe di magnesio, che sono sicuramente meno reattive rispetto all’elemento puro, rimangono comunque il metallo più reattivo e facilmente infiammabile che un’officina possa lavorare».

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Wet or dry?

Per le leghe di magnesio la soluzione ideale potrebbe sembrare lavorare a secco, evitando l’utilizzo di fluidi da taglio acquosi. In realtà, lavorando a secco, all’aumentare della velocità si generano trucioli piccoli, che hanno un comportamento assimilabile a quello delle polveri, il cui accumulo è bene evitare per ovviare a rischi di esplosioni e incendi. «Nella lavorazione a secco con alta velocità di taglio, l’accumulo di materiale sul fianco dell’utensile aumenta l’attrito e pertanto il calore, con il rischio di incendio, che si può sviluppare quando il cuore del materiale raggiunge il punto di fusione – prosegue Foiadelli. Questa è una situazione che può presentarsi più facilmente in finitura, dove i trucioli sono più piccoli, quindi con un comportamento che può essere assimilato a quello delle polveri. In caso di principio di incendio è assolutamente sconsigliato spegnere la combustione con acqua, utilizzare apposite polveri o sabbie chimiche».

Lavorare a secco, almeno da un certo punto di vista, può sembrare una procedura più sicura, in quanto si evita il contatto con acqua, che aumenta il rischio incendi, ma non bisogna dimenticare che parallelamente le operazioni di asportazione fatte a secco costringono a utilizzare parametri più “conservativi” per risolvere problematiche di surriscaldamento del materiale e dell’utensile.

«Tendenzialmente in officina si preferisce lavorare a secco piccole serie, rinunciando alle velocità e a parametri di taglio più performanti per ottenere buone finiture – afferma l’esperto di Bellini. Diversamente è bene attrezzarsi con sistemi più indicati: macchine dotate di appositi sistemi di sicurezza e antincendio, utensili con parametri dedicati, sistemi di filtrazione e mantenimento della pulizia dei fluidi lubrorefrigeranti e, chiaramente, lubrorefrigeranti specifici e dedicati a queste tipologie di leghe».

La questione lubrorefrigerante

La scelta e la gestione del fluido lubrorefrigerante nella lavorazione del magnesio e delle sue leghe è strategicamente decisiva. E allora: olio intero o lubrorefrigerante solubile in acqua?

«Ci sono casi in cui si preferisce usare olio intero da taglio sia per omogeneità col fluido utilizzato nell’impianto produttivo che per aspetti legati alla sicurezza e facilità della gestione dell’olio, ma sono situazioni sempre più sporadiche, quasi eccezionali – precisa Foiadelli, sulla base della sua pluriennale esperienza nel settore –. In questo caso la scelta ricade sempre su oli molto fluidi, con alto punto di fiamma, buona capacità raffreddante e un discreto potere lubrificante. La maggior parte delle aziende metalmeccaniche che truciolano leghe di magnesio utilizzano però lubrorefrigeranti solubili in acqua. Naturalmente occorre un lubrorefrigerante con caratteristiche specifiche e dedicate».

Oltre alla scelta del giusto lubrorefrigerante, per garantire una buona funzionalità della macchina e per ottenere dei pezzi senza difetti, né meccanici né estetici, la corretta gestione diventa fondamentale. Infatti è necessario utilizzare dei sistemi di filtrazione efficienti, che eliminino tutti i residui di lavorazione. E’ anche fondamentale avere sotto controllo le temperature del fluido che, come è noto, durante la lavorazione tende in modo costante a salire, affidandosi ad appositi sistemi di raffreddamento come chiller o similari.

Non va dimenticato né sottovalutato il ruolo della gestione del truciolo, soprattutto per evitare potenziali rischi di incendio e reazioni non desiderate: è consigliabile asciugare, nei limiti del possibile, il truciolo e stoccarlo in contenitori dedicati.

Tornando al lubrorefrigerante, il fluido specifico per la lavorazione delle leghe di magnesio deve avere diverse caratteristiche estremamente importanti, oltre alle classiche biostabilità, pulizia, detergenza, buon potere di taglio e versatilità: queste leghe richiedono proprietà più estreme.

Come tante leghe leggere, anche le leghe di magnesio, sono materiali facilmente ossidabili, motivo per cui è necessario che il fluido garantisca una buona passivazione del magnesio. «Se garantire un’ottima passivazione delle leghe di alluminio può essere complicato, passivare leghe di magnesio lo è ancora di più – sottolinea Foiadelli. E’ infatti necessario utilizzare un apposito pacchetto di additivi, che protegga il materiale e ne garantisca la sua protezione. Altro aspetto da non sottovalutare è poi la dissoluzione del magnesio nell’emulsione in lavorazione. Magnesio e calcio sono due sali comunemente presenti nell’acqua e ne determinano la durezza totale, di conseguenza un incremento del contenuto di magnesio nell’acqua porta anche ad un incremento della durezza. È abbastanza comune che la lavorazione di un metallo possa portare alla sua dissoluzione in emulsione: parliamo sempre di parti piccole ma che nel tempo possono cambiare le performance e l’aspetto estetico del fluido».

La dissoluzione del magnesio nel fluido porta ad un incremento molto più accelerato ed importante della durezza complessiva dell’emulsione, che arrivata a certi valori, può addirittura portare alla separazione dell’emulsione, con tutte le problematiche collegate. Per questo motivo un emulsionabile specifico per lavorazioni di leghe di magnesio deve essere anche formulato con un apposito pacchetto additivo che limiti la dissoluzione del magnesio e che possa resistere anche a un contenuto estremamente elevato di questi sali. Si tratta di condizioni che spingono al limite il fluido da taglio, motivo per cui i produttori di lubrificanti tendono a formulare un apposito lubrorefrigerante, in grado di dare le giuste risposte alle esigenze di queste lavorazioni.

Partendo dall’analisi delle necessità di chi deve lavorare in maniera performante e con qualità le leghe di magnesio, Bellini ha studiato e testato un prodotto emulsionabile che possa soddisfare la lavorazione di queste leghe particolari: Torma 7 XT, un prodotto emulsionabile semisintetico di ultima generazione e di alto pregio.

Casi di vita vissuta

I fatti sono quelli che, alla fin fine, contano ed il caso è quello di un’azienda bolognese che opera nel mondo del racing sport, eseguendo lavorazioni di altissima precisione.

«Tutti i particolari sono lavorati dal pieno, con elevato tempo di contatto truciolo-utensile – spiegano da Bellini. Il parco macchine è composto sia da torni che da centri di lavoro, alcuni dedicati per tipologia di materiale lavorato, anche se spesso è molto difficile fare distinzioni. Le macchine lavorano per il 50% del tempo leghe di magnesio, ma anche alluminio, leghe di titanio e acciai inossidabili. Oltre alla complessità dei materiali lavorati, va considerato il fatto che la durata media dell’emulsione in vasca non passava i 4/5 mesi: l’incremento di sali nell’emulsione causava repentine separazioni e conseguenti problemi di lubrificazione e ossidi in macchina. Un cliente con esigenze precise e non facili da soddisfare in pieno. Per questo motivo ci siamo giocati il nostro prodotto di punta, performato anche per lavorazioni continuative di leghe di magnesio. Grazie all’utilizzo del nostro lubrorefrigerante Torma 7 XT siamo riusciti ad estendere la vita dell’emulsione fino a 12 mesi, limitando quindi i fermo macchina, oltre alle problematiche relative ad un funzionamento non corretto del lubrorefrigerante».

Con l’utilizzo di Torma 7 XT, dunque un lubrorefrigerante specifico, l’officina bolognese è riuscita a lavorare in maniera performante le leghe di magnesio, ma c’è di più: oggi lavora anche più materiali sulla stessa macchina utensile, senza che ci siano problemi di finitura o di macchiatura dei pezzi.

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I perché di Torma 7 XT

Torma 7XT di Bellini è un lubrorefrigerante di ultima generazione semisintetico emulsionabile di pregio, da taglio e rettifica, esente da cloro, composti borici, biocidi donatori di formaldeide, ammine secondarie e loro derivati. E’ caratterizzato da un contenuto di olio al 25% circa, ottenuto da una miscela di olio minerale con untuosanti sintetici altamente prestazionali.

Le caratteristiche di Torma 7 XT permettono di garantire:

• elevato grado di tollerabilità per gli addetti

• alta stabilità delle emulsioni, grazie a un innovativo ed esclusivo sistema di resistenza del prodotto all’attacco sia di batteri che di funghi

• ottimo livello di finitura superficiale dei pezzi lavorati

• maggiore durata degli utensili, anche a basse concentrazioni, con un ottimo potere di taglio

• riduzione dei fumi in lavorazione

• efficace protezione antiruggine

• ottima lubrificazione delle guide e delle parti di scorrimento delle macchine utensili

• perfetta miscibilità e stabilità anche con acque dure

• ottima resistenza alla formazione di schiuma alle normali concentrazioni d’uso, anche con acque dolci

• eccellente protezione delle leghe di alluminio a basso contenuto di silicio