Quando si progetta un sistema meccanico, sia esso un singolo componente oppure un sistema complesso (come un macchinario industriale), è importante tenere conto degli sforzi agenti sugli elementi del sistema. Questo aspetto è fondamentale per garantire il corretto funzionamento del sistema meccanico, cercando di prevenire il più possibile cedimenti strutturali e incidenti annessi.
Tra le cause primarie di cedimento strutturale dei componenti si trova il fenomeno della fatica. Per descriverla con poche parole, la fatica di un componente meccanico è un fenomeno che avviene quando il componente stesso è sottoposto a sforzi che variano nel tempo, cioè non sono dei carichi statici e fissi. L’alternanza di sforzi induce alla formazione di cricche, come delle crepe estremamente piccole, che propagando porteranno alla rottura del componente. Per prevenire questo fenomeno sono state sviluppate molte tecnologie, siano esse puramente meccaniche (processi di realizzazione del componente, attenzione alla geometria del pezzo…) oppure metallurgiche (rivestimenti, trattamenti…). La rullatura è un processo meccanico ormai consolidato nella tecnica industriale che trova ancora applicazioni per le migliorie che è in grado di apportare ai pezzi sottoposti a questo processo.
La rullatura, trattamento superficiale e non solo…
Per rullatura si intende un processo di lavorazione superficiale in cui si utilizza un particolare utensile (composto da un set di rulli aventi caratteristiche meccaniche ben definite) per deformare plasticamente la superficie stessa del pezzo. La rullatura viene categorizzata come una lavorazione meccanica, tuttavia, essa non prevede asportazione di truciolo e permette di ottenere una qualità superficiale molto elevata. Questo risultato si ottiene poiché una lavorazione meccanica tipicamente asporta truciolo, ovvero rimuove materiale. La lavorazione lascerà perciò dei “solchi” sul componente, che determinerà la rugosità del pezzo. Una rugosità troppo elevata è la principale causa dei cedimenti per fatica. Per questo motivo è necessario ridurre il più possibile questo valore (chiaramente dove il componente viene sollecitato maggiormente). La rullatura, che avviene con l’utilizzo di rullini conici, tenuti in guida da una gabbia e forzati contro la superficie da rullare. I sistemi di rullatura hanno un campo di espansibilità di circa un millimetro, in alcuni casi di 0,5 mm. Quando l’utensile entra nel pezzo da lavorare, l’asta conica spinge i rullini contro la superficie da rullare. Durante la lavorazione bisogna tenere in considerazione l’utilizzo di oli lubrorefrigeranti, per evitare danneggiamenti delle superfici a contatto.
Dal punto di vista meccanico, la rullatura è capace di indurre deformazioni plastiche molto importanti, inducendo sia sforzi residui di compressione (che apportano benefici sostanziali alla resistenza a fatica) ma anche appiattiscono le “creste” della rugosità. In questo modo è possibile raggiungere caratteristiche superficiali di alta qualità. La rullatura è un’operazione di superfinitura che permette di ottenere rugosità molto spinte generalmente non ottenibili con utensile da taglio. Il limite massimo di durezza rullabile è circa 40 HRC. In aggiunta, la deformazione plastica generata dalla rullatura non migliora solamente la superficie del pezzo, ma provoca altresì una variazione nella struttura della superficie stessa modificando la forma e l’orientamento dei grani e, in alcuni casi anche la dimensione degli stessi. L’importante deformazione plastica locale induce quindi un aumento della durezza, portando così a migliorare la resistenza alla corrosione e all’usura.
La rullatura è un processo meccanico che non si limita ad essere utilizzato come trattamento di finitura. Infatti, gli aspetti peculiari di questo processo lo rendo ottimo per la realizzazione di componenti meccanici sottoposti molto spesso a un’usura costante. Per esempio, il processo di rullatura viene anche utilizzato per incidere particolari geometrie alla superficie di un componente, come le filettature. Infatti, la filettatura è di per sé una geometria molto critica per la resistenza a fatica. Ottenere una filettatura con tecniche che asportano truciolo non è sempre una buona soluzione. Principalmente perché si avrebbe la necessità di ulteriori trattamenti di indurimento delle superfici e riduzione delle tensioni residue all’interno del pezzo lavorato. In questo senso, la rullatura raccoglie con un unico processo tutte queste esigenze. Tramite apposite matrici, è possibile stampare la filettatura e le superfici lavorate presentando già sforzi residui interni di compressione, durezza e finitura superficiali adeguate alla qualità richiesta.
