Superfinitura: superfici (e non solo) super

Migliorare la prestazione e i rendimenti è sempre un obiettivo condiviso nel settore. Per determinate tipologie di particolari, però, l’incremento di durata e affidabilità è irrinunciabile e diventa un ottimo biglietto da visita del produttore. E se si accompagna alla riduzione di attriti, rischi di rottura e naturalmente consumi…. meglio ancora!

A venirci incontro è un processo che deriva dall’aeronautica ma che si presta ad essere effettuato sui particolari endotermici e sulle trasmissioni meccaniche. Diciamo che si punta a ridurre la rugosità superficiale del pezzo o della superficie lavorata, per raggiungere un ottimo aspetto del prodotto finale.

Quando è la premessa al significativo miglioramento delle caratteristiche meccaniche del pezzo fortemente migliorate, una superficie dell’acciaio impeccabile diventa molto interessante… satinata, lucida, a specchio in fondo poco importa: la perfezione è garantita dal processo noto come superfinitura isotropica.

Ma cos’è la superfinitura isotropica?

Inventato e brevettato da REM® Chemicals negli anni Ottanta, l’Isotropic Superfinish Process è noto come ISF o, nella traduzione italiana, come processo di superfinitura isotropica. Non aggressivo, non abrasivo, è progressivo e permette di mantenere la geometria dei pezzi, raggiungendo però la rugosità desiderata, sino ai nanometri per le applicazioni più impegnative,

Da questo tipo di finitura traggono beneficio tutti i movimenti di strisciamento e rotolamento del metallo.  Il movimento di sfregamento esercitato sui pezzi dai media ad alta densità e non abrasivi, asporta il rivestimento di conversione dai ‘picchi’ delle superfici dei pezzi, eliminando un microstrato di metallo, lasciando però inalterate le ‘valli’.

Un’altra buona notizia è che la per portare a termine la superfinitura servono
◊ modesti costi impiantistici e
◊ costi di esercizio molto limitati.
Si utilizza infatti la la vibrofinitura in massa, mediante vibratori, sia lineari sia circolari, in macchine a forza centrifuga ed in buratti rotanti. Si adoperano macchine a vibrazione riempite con inserti ad alta densità e prodotti chimici selettivi, scelti tenendo conto delle esigenze degli utilizzatori.

La superfinitura: 1 processo, 3 componenti!

Il processo di superfinitura può essere gestito dall’inizio alla fine con tre soli componenti:

• vibratore
•  inserti ad alta densità HD media
•  attivatore chimico

I vibratori sono relativamente poco costosi e hanno una lunga vita in servizio senza bisogno di manutenzione. Hanno forme rotonde o lineari, con capacità di lavoro variabile da 1,5 a 7.000 litri. Si possono usare inoltre tutte le macchine di finitura come le macchine a disco, a buratto rotante, le drag finishing, etc. Va precisato che le macchine con sezione a doppia botte consentono di massimizzare i risultati e la qualità dei risultati.

È  possibile trattare pezzi in massa o pezzi singoli con dimensioni che vanno da meno di 10 a oltre 5000 mm. I passaggi possono essere molto diversi anche in funzione dell’aspetto iniziale del pezzo lavorato. In generale per il raggiungimento della rugosità richiesta si può procedere con i nastri in tela convenzionali con abrasivo tipo aggregato fino al sughero W445 per una lucidatura brillante.

Un’alternativa efficace per ridurre il numero di passaggi e ottenere una finitura costante e omogenea sono i nastri caratterizzati da una struttura tridimensionale dell’abrasivo. In seguito, a seconda della finitura estetica richiesta dal cliente o dall’applicazione, si vanno poi a utilizzare degli appositi rulli o nastri in tessuto non tessuto BearTex per un aspetto satinato, oppure ruote in panno con paste abrasive per la finitura a specchio.

Gli step della superfinitura

La reazione di conversione superficiale prevista dalla superfinitura risulta metallurgicamente sicura perché non genera idrogeno. Infatti, l’attivatore chimico che provoca la reazione di conversione è neutro (PH ~ 5,5) e il processo viene normalmente effettuato a temperatura ambiente. Non esiste la possibilità di infragilimento da idrogeno o di bruciatura da rettifica, come invece sovente accade nelle lavorazioni di rettifica meccanica.

Il processo può essere effettuato in massa o singolarmente per pezzi particolari o di grandi dimensioni: va detto che i pezzi non subiscono mai alterazioni da surriscaldamento.

La soluzione acquosa favorisce la formazione di un sottile strato di conversione superficiale del metallo: uno strato più tenero del metallo base, facilmente asportabile sulle creste di rugosità più esposte attraverso il contatto con gli inserti ad alta densità.  Secondo il tipo e la concentrazione del reagente, il processo può essere regolato per una velocità di asportazione del materiale da 1,5 a 10 micron ora.

Durante il processo, poi, i picchi delle superfici metalliche subiscono una seconda reazione che riforma completamente il rivestimento di conversione, continuamente asportato, dando così luogo al meccanismo di levigatura delle superfici. Il processo viene portato avanti finché le superfici dei pezzi non risultano esenti da asperità e levigate con il grado di finitura superficiale desiderato: secondo il tipo e la concentrazione del reagente il processo può essere regolato per una velocità di asportazione del materiale da 1,5 a 10 micron ora.

Si arriva così alla lucidatura finale. Il materiale usato in questa fase è di norma il carburo di silicio, che garantisce una finitura molto brillante. Se si vuole effettuare la lucidatura a specchio, invece, è preferibile il cotone, in combinazione con apposite paste abrasive. I prodotti indicati per questa lavorazione sono idonei anche per lavorazioni ad umido, quindi non esistono problemi di compatibilità. Nel corso della lucidatura, il rivestimento di conversione restante viene asportato dalla superficie dei pezzi, su cui resta un leggero strato di protezione antiruggine.

La superfinitura fa la differenza? 10 volte sì!

Il risultato della finitura isotropica è tecnicamente la “tessitura della superficie non orientata” visibile ad occhio nudo, e consiste nella presenza di caratteristiche uguali in tutte le direzioni valutabili.  Ma c’è di più, perché abbassare la rugosità – anche sino a 0,01 μm – consente di instaurare elevate compressioni il cui effetto ultimo è l’incremento delle performance dei particolari trattati.

Componenti, insomma, più resistenti oltre che caratterizzati da superfici perfette, in cui il miglioramento più evidente è la riduzione d’attrito data dalla superficie ultra liscia, ma non solo; la diminuzione dell’attrito causa anche una significativa riduzione del rumore, delle temperature d’esercizio, riduce sensibilmente il fenomeno di pitting e riduce l’usura e le frizioni parassite.

I settori dell’energia, dell’automotive, del motorsport, dell’aerospace, militare, delle macchine movimento terra, dell’oleodinamica, della pneumatica vedono molteplici applicazioni, in particolare per tutti quei pezzi che lavorano a contatto metallo/metallo: ingranaggi, alberi motore, palette per turbina energia, giranti per compressori, trasmissioni di potenza, pale per aeronautica, giunti dentati, punzoni per stampi, pale turbine aerospace. Il trattamento riduce le frizioni parassite, le usure da contatto, le temperature di esercizio, il rumore e il costo di produzione. Vengono invece aumentati il rendimento, la potenza, l’efficienza, la qualità della lubrificazione.

La superfinitura isotropica è una procedura ormai condivisa dai team di tutte le competizioni motoristiche internazionali e amatoriali: Formula1, Rally, FIA GT, SBK, IRL, ecc. e in genere oggi chi si occupa di trattamenti superficiali di raffinati organi meccanici destinati al Motorsport dev’essere  in grado di offrire ai clienti pezzi esenti da assenza da segni di lavorazione meccanica, da stress o tensioni superficiali, e con caratteristiche superficiali omogenee, come ad esempio la microdurezza in pelle, talvolta significativamente aumentata.

Ad ogni buon conto, penso possa essere utileun elenco snello ma esaustivo dei “buoni argomenti” a sostegno della superfinitura. Ne ho individuati ben dieci, eccoli qui:

1. Rugosità molto basse (0,02 ra) e quindi riduzione atriti, rumorosità, temperature di esercizio.
2. Assenza di stress e tensioni superficiali derivanti dalle lavorazioni a monte.
3. Assenza di pitting su ingranaggi.
4. Incremento della microdurezza superficiale.
5. Miglioramento delle caratteristiche a fatica.
6. Mantenimento dell’integrità dimensionale.
7. Miglioramento della lubrificazione.
8. Allungamento medio della vita del componente.
9. Tempi di manutenzione più lunghi.
10. Costi operativi più bassi.

Rispetto alle finiture superficiali prodotte con altre tecniche, le superfici “superfinite” sono ineguagliabili per la capacità di ridurre l’attrito, l’usura, il rumore, e anche la fatica dinamica da contatto. Per le applicazioni più gravose, la superfinitura

• riduce le temperature di esercizio degli organi meccanici.
• riduce la necessità di lavorazione meccanica dei pezzi
• incrementa gli sforzi a compressione, la resistenza a fatica da contatto e  la resistenza all’usura.

L’opzione della superfinitura dev’essere considerata nella consapevolezza che può incidere in maniera molto significativa sulla qualità dei risultati quando si ha a che fare con componenti sottoposti a fatica e laddove si renda necessario ridurre l’attrito metallo su metallo e l’usura, al fine di aumentare la resistenza meccanica dei componenti.

È una tecnica che necessariamente mantenersi flessibile, vista la grande varietà dei settori di applicazione. Si va da quelli in cui è necessaria una bassa rugosità per esigenze operative, come ad esempio l’industria alimentare e il settore chimico-farmaceutico, a quelli con esigenze puramente estetiche, quali l’arredamento o la cromatura di barre e tubi”.

La superfinitura sostituisce l’operazione di rettifica? Chiedi al trattamentista!

Potrebbe la superfinitura sostituire completamente il processo di rettifica? Con la rettifica, com’è noto, si possono raggiungere ottimi risultati in termini di rugosità superficiale e omogeneizzazione della superficie. E questo sposa perfettamente l’attuale tendenza, che porta a spingersi a un grado di rugosità sempre più ridotto e quindi finiture sempre più lucide.

Però, come trattametista, devo mettere un paletto! L’effetto satinato e la lucidatura a specchio è raggiungibile solo e soltanto con un’operazione di superfinitura. Lo sviluppo nel mondo degli abrasivi porta a grane più fini e prodotti lucidanti che permettano di arrivare al risultato nel minor tempo possibile. Per la riduzione del tempo ciclo e una finitura più omogenea sono nati,  ad esempio, i nastri per il surface conditioning: finitura più veloce e niente segni di bruciatura sul pezzo lavorato.

Quindi si può pensare alla superfinitura come a un processo complementare alla rettifica. Oltre, naturalmente, a superare alla grande i risultati ottenibili con le ‘vecchie’ tecniche come molatura, levigatura e lappatura che non eliminano le asperità ma le trasformano in righe di asperità più brevi…

Sempre restando in tema di consigli, mi sento di proporre qualche accorgimento per rendere più efficace il trattamento di superfinitura:

▲ operare a velocità non troppo basse: così si agevola la finitura e si minimizza l’asportazione;
▲ con rulli a lamelle, conviene scegliere durezze elevate e grane fini;
▲ scegliere ruote di contatto morbide e prodotti innovativi per ridurre il numero di passaggi e dare una finitura più omogenea.

Il vantaggio prestazionale è di norma notevole e quantificabile… si va da un +2,5% a +7%, a seconda della tipologia del pezzo trattato. La superfinitura funziona sia nelle applicazioni più semplici sia nelle più complesse, quali auto di grossa cilindrata ed elevata potenza: notoriamente queste ultime vedono un assorbimento di potenza importante da parte della trasmissione, ed il trattamento di superfinitura non si limita ad innalzare le prestazioni, ma limita parecchio il consumo di carburante.

L’importante è avere il più alto numero possibile di informazioni prima di decidere, ed è anche molto importante confrontarsi con qualcuno per cui questo tipo di processi non abbiamo nessun segreto: sono qui proprio per questo. Se ti interessa saperne di più; se hai in programma di far trattare i tuoi pezzi ma non hai le idee chiarissime, sono a disposizione per una chiacchierata.

Se non hai modo di passare in azienda, incontrandoci e vedendo dal vivo cosa facciamo ogni giorno, ti invito a utilizzare senza alcun impegno il telefono o l’e-mail. Ti risponderò immediatamente!