Importanti parametri che influenzano i risultati nella finitura

Importanti parametri che influenzano i risultati
nella finitura meccanizzata
Martin Moser
OTEC, Germania
Dall’aprile 1997 Martin Moser è con la Otec in
funzione di amministratore delegato per le attività su
scala mondiale dell’azienda. La sua formazione in
ingegneria meccanica lo aiuta nelle sue responsabilità
quotidiane di gestione delle lavorazioni sul posto, di
addestramento del personale e come rappresentante
dell’azienda alle mostre commerciali ed ai seminari di
istruzione. Martin Moser è entrato nell’industria della
gioielleria nel 1989, come meccanico per la
costruzione di macchine di finitura a disco ed a
trascinamento. In seguito ha completato la sua
formazione con particolare attenzione all’ingegneria
meccanica.
Premessa
Cominciamo con la spiegazione di alcune espressioni usate nei paragrafi che
seguono. Diamo uno sguardo ad una macchina per finitura a disco rotante, per
indicare le parti di cui parleremo in questo lavoro (fig. 1):
• buratto centrifugo a disco rotante,
• contenitore per il processo,
• disco,
• movimento dei mezzi di finitura e dei pezzi da finire.
Nella finitura meccanizzata della gioielleria vi sono
molti importanti parametri che influenzano il risultato,
quanto a velocità diproduzione e qualità del prodotto.
Non solo sono importanti il tipo di macchina, la qualità
dei mezzi di finitura ed il metodo di trattamento, ma
anche la regolazionedella macchina gioca un ruolo
importante. Vi mostreremo come potrete ottenere un
risultato migliore in minor tempo attraverso la
regolazione fine delle vostreapparecchiature di finitura
meccanizzata e vi spiegheremo come potrete in
questo modo ottenere prodotti pronti per la vendita.
Figura 1
Durante il funzionamento, il disco posto sul fondo del contenitore gira. A causa di
questa rotazione il mezzo di finitura ed i pezzi di gioielleria in lavorazione si mettono
in movimento. Durante la lavorazione i mezzi di finitura si sfregano contro la
gioielleria e cominciano ad asportare metallo dalla superficie.
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I due tipi di processo più noti sono:
• Sgrossatura a umido _ questo processo può essere paragonato alla abrasione
con una carta abrasiva con grana 1200.
• Lucidatura a secco _ questo processo può essere paragonato alla lucidatura
finale.
Qual’è la differenza di rugosità superficiale dopo
sgrossatura a umido in differenti tipi di macchine per
finitura?
In commercio esistono vari tipi di buratti centrifughi a disco rotante. Alcuni sono più
grandi, altri più piccoli. Questi buratti sono progettati e usati in modo differente.
Tuttavia la cosa più importante è la progettazione della parte interna del contenitore,
nel quale si attua il processo di finitura.
lavorazione, gli anelli erano pronti per la seconda fase, la lucidatura a secco con
granulati di noce.
Dopo la sgrossatura a umido è stata misurata la rugosità della superficie degli anelli.
In questo lavoro ci concentreremo sul valore di rugosità Ra. Il valore di Rz può essere
rilevato dalle tabelle.
Come si vede dalla fig. 2, il miglior valore di Ra è stato ottenuto con il contenitore n°
1. Se si confrontano tra loro i contenitori con disco piano n° 2 e n° 3, si vede che il
contenitore più piccolo potrebbe dare un risultato migliore di quello più grande.
Conclusione
La forma del disco e le dimensioni del contenitore hanno un effetto importante! Se il
disco è concavo, il flusso dei mezzi di lucidatura e della gioielleria è molto più
regolare che in un contenitore con un disco piano, per cui si può ottenere una
superficie più liscia.
Confrontiamo tre superfici finite con tre differenti forme del dico e del contenitore (fig. 2).
1- una superficie finita in un contenitore con un disco curvo (colonna a sinistra),
2- una superficie finita in un contenitore delle stesse dimensioni del precedente, ma
con disco piano (colonna centrale),
3- una superficie finita in un contenitore più piccolo, con disco piano (colonna a
destra).
Quanto metallo può essere asportato nello stesso
tempo con differenti tipi di macchine per finitura?
La stessa procedura sopra descritta è stata seguita con gli stessi tre tipi di buratto,
ma misurando la quantità di metallo asportato per ora.
Come si vede dalla fig. 3, con il contenitore n° 1 si è potuto asportare nello stesso
tempo il 27% in più di metallo rispetto al contenitore n° 2, con disco piano.
Nella macchina piccola la velocità periferica è la stessa che nella macchina più
grande.
Forma e dimensioni del
contenitore
Forma e dimensioni del
contenitore
Anelli nuziali in argento, peso circa 5 grammi cad., sgrossati a umido per 3 ore in differenti macchine di finitura
Pezzi in lavorazione
Rugosità della
superficie dopo 3
ore di sgrossatura
a umido
Valutazione
Valutazione
Ra
0,5 µm
0,58 µm
0,577 µm
Rz
3,218 µm
4,35 µm
3,489 µm
Ra 13 % minore di
Ra 13 % minore di
Ra 26 % minore di
Ra 8 % minore di
Pezzi in lavorazione
Quantità di metallo
asportato per ora
Anelli nuziali in argento, peso circa 5 grammi cad.,
sgrossati a umido in differenti macchine di finitura
0,945%
0,740%
Valutazione
Capacità di asportazione
di metallo a pari tempo
27% superiore a
Valutazione
Capacità di asportazione
di metallo a pari tempo
13% superiore a
0,830%
Figura 3
Figura 2
Subito dopo l’asportazione dell’alimentatore l’anello è stato lavorato per 3 ore con il
processo di sgrossatura a umido, con composti abrasivi in plastica. Dopo questa
Confrontando i due contenitori con disco piano si vede che la macchina più piccola
può asportare più metallo di quella più grande. Ciò è dovuto al fatto che in una
macchina più piccola i mezzi di finitura e la gioielleria sono accelerati e rallentati più
spesso che in una macchina più grande.
Ricordare: nella macchina piccola la velocità periferica è la stessa che nella
macchina grande.
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In tutto il lavoro è stato usato lo stesso tipo di gioielleria: un tipico anello nuziale in
argento colato del peso di circa 5 grammi.
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Conclusione
La forma del disco e le dimensioni del contenitore hanno un effetto importante! Se il
disco ha forma arrotondata, si può asportare più metallo a pari tempo che con un
contenitore con disco piano. Non è detto che una macchina più piccola lavori più
lentamente; secondo i casi, può anche lavorare più rapidamente.
In una macchina per finitura qual’è l’effetto della
velocità sulla rugosità della superficie?
Un’alta velocità della macchina non significa che si otterrà rapidamente un risultato
sufficientemente buono per la lucidatura successiva. Oltre agli effetti negativi come
le ammaccature, che sono già stati descritti negli ultimi anni in altre memorie, la
velocità ha parecchi altri effetti.
Una velocità più alta significa maggiore abrasione, causata da una maggior
pressione dei mezzi di finitura sui pezzi in lavorazione. A causa della pressione più
alta, i mezzi di finitura possono penetrare più a fondo nel metallo, lasciando tracce
più profonde sulla superficie. Ciò significa maggior rugosità.
Abbiamo eseguito due prove distinte nelle quali abbiamo regolato una macchina a
170 r.p.m. ed un’altra a 330 r.p.m. I risultati sono riportati nella fig. 4. Gli anelli trattati
a velocità più alta avevano un valore di Ra di 0,213 micron, mentre quelli trattati a
velocità più bassa avevano alla fine una rugosità (Ra) di 0,125 micron.
Ciò indica chiaramente che la rugosità della superficie migliora quando la velocità del
processo è minore.
Rugosità della superficie Ra
dopo 2 ore di
sgrossatura a umido
Rz
Valutazione
Speed and time
Rugosità della superficie Ra
dopo 1 ora di
sgrossatura a umido
Rz
250 rpm per 40 minuti,
poi 120 rpm per 20 minuti
250 rpm per 60 minuti
0,160 µm
0,197 µm
0,858 µm
1,290 µm
Valutazione
Ra minore del 19% di
Valutazione
Rz minore del 33% di
Figura 5
Conclusione
Nelle macchine per finitura a disco rotante, la velocità di rotazione ha un effetto
importante! Se si riduce la velocità almeno negli ultimi 20 minuti di trattamento, si
ottiene una superficie più liscia. Si otterrà una finitura rapida con una superficie liscia.
Ciò significa che il successivo trattamento di lucidatura richiederà un tempo più breve
e le superfici ottenute saranno più brillanti.
Qual’è l’effetto della velocità di una macchina di finitura
sull’asportazione del metallo?
Come già detto, sappiamo che quanto più si aumenta la velocità di rotazione di una
macchina, tanto più metallo si asporta a pari tempo. Ma di quanto si può aumentare
la velocità?
Si può aumentare la velocità senza limiti ed ottenere il risultato in un batter d’occhio?
Effetto di velocità e tempo
sulla rugosità della superficie
Velocità e tempo
Effetto di velocità e tempo
sulla rugosità della superficie
170 rpm per 2 ore
330 rpm per 2 ore
0,125 µm
0,216 µm
1,500 µm
2,175 µm
Diminuendo la velocità, Ra e Rz diminuiscono
Figura 4
A questo punto ogni operatore è di fronte a un dilemma: vuol eseguire rapidamente
la finitura, ma con un buon aspetto della superficie.
Se si esamina la fig. 5, si può vedere il risultato di un’altra prova per trovare il modo
di migliorare la situazione.
Una delle macchine è stata fatta funzionare a 250 r.p.m. per 60 min. L’altra macchina
è stata avviata con la stessa alta velocità, ma negli ultimi 20 minuti la velocità è stata
ridotta a 120 r.p.m. La superficie degli anelli trattati nella macchina in cui era stata
ridotta la velocità era del 19% più liscia.
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Figura 6
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Abbiamo provato con alcuni oggetti in argento ed abbiamo trovato che
l’asportazione di metallo in funzione della velocità è rappresentata da una linea
leggermente curva (fig. 6). Nella nostra prova, alla velocità di circa 300 r.p.m. la curva
sperimentale si allontana dalla curva teorica. Come mai ciò accade e cosa significa?
I mezzi di lucidatura ed i pezzi in lavorazione non riescono a seguire la velocità del
disco, poiché non vi è sufficiente attrito tra il disco e questi materiali. Il disco scivola
al di sotto di essi. Malgrado ciò i mezzi restano in movimento, ma non alla velocità
desiderata.
Conclusione
Da una certa velocità in poi, l’asportazione di metallo non aumenta più di molto,
anche se si aumenta di molto la velocità della macchina.
Si può abbreviare il tempo di finitura usando differenti
leghe madri per l’argento?
Si è voluto vedere se si può risparmiare tempo nella finitura usando differenti leghe
madri. Ci si è concentrati sui seguenti parametri:
• Quanto tempo di finitura è necessario per ottenere una superficie buona e
lucente?
• Quale tra le leghe usate darà la superficie più lucente?
• Quanto argento si perde nella finitura?
In questo studio abbiamo colato alcuni anelli d’argento con 5 differenti leghe madri
ottenute da fornitori diversi.
Quanto metallo si può asportare usando differenti
additivi di finitura?
Gli additivi hanno un effetto importante nella sgrossatura a umido. Hanno il compito
di asportare la sporcizia dalle zone di lavorazione, così che si riduce al minimo
l’inserimento di particelle di sporcizia nella superficie del metallo e si rallenta il
processo di macchiatura (tarnishing).
Ma hanno anche un altro compito che non può essere trascurato: hanno un effetto
notevole sull’asportazione di metallo dai pezzi in lavorazione.
Dimensioni degli anelli sull’alberello (fig. 8):
Il peso senza alimentatore era circa 6 grammi.
Diametro interno 17,5 mm.
Diametro esterno 21,5 mm.
Larghezza 5 mm.
L’alimentatore aveva diametro di 5 mm. Nella parte appiattita era spesso 3 mm.
Alcuni anelli d’argento sono stati sgrossati a umido per 3 ore.
Secondo l’additivo usato, è cambiata la quantità di metallo asportata dai gioielli
Nome dell’additivo
Caratteristiche
Metallo asportato per ora
Senza additivi
Niente schiuma
0,63 %
SC 19
Formazione media di schiuma
0,89 %
Figura 7
In una macchina sono state eseguite due prove: un lotto di anelli in argento è stato
sgrossato a umido con un normale additivo formatore di schiuma, mentre un altro
lotto è stato sgrossato senza alcun additivo (fig. 7). Dopo 3 ore si è trovato che nel
lotto senza additivi era stato asportato lo 0,63% del metallo per ora. Dal lotto
lavorato con l’additivo era stato asportato lo 0,89% di metallo per ora. Ciò significa
che l’additivo ha aumentato di circa il 50% la capacità di taglio del mezzo di
finitura.
Come mai? L’additivo non solo elimina la sporcizia delle superfici da lavorare, ma
mantiene anche i mezzi di finitura puliti e quindi taglienti, per cui a pari tempo
possono asportare più metallo.
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Figura 8
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Per la sgrossatura a umido è stata usata
una macchina a disco rotante CF 18
della OTEC (fig. 9).
Il mezzo di sgrossatura a umido era
formato da coni e piramidi.
Figura 9
Macchina usata per la lucidatura a
secco: macchina per finitura a
trascinamento DF 35 della OTEC (fig.
10).
Mezzo di lucidatura a secco: granulato di
noce fine.
Parametri di colaggio (fig. 12)
Lega madre 1
Lega madre 2
Lega madre 3
Lega madre 4
Lega madre 5
Metallo
Argento
normale
Anti
tarnishing
Anti
tarnishing
Anti
tarnishing
Anti
tarnishing
Temperatura di
colaggio
1000°C
970°C
1020°C
1020°C
1020°C
Temperatura
del cilindro
630°C
630°C
640°C
640°C
640°C
Figura 12
Nota importante: tutti i pezzi d’argento sono stati colati esattamente con i parametri
richiesti dai produttori delle leghe madri. Nessuna delle leghe è stata trattata
termicamente dopo il colaggio.
Dopo il colaggio gli anelli sono stati liberati dagli alimentatori e poi sono stati subito
sgrossati a umido. Non vi è stata alcuna preparazione a mano, come limatura o
trattamento con carta abrasiva. Ogni 30 minuti sono stati estratti alcuni anelli
dall’apparecchiatura di sgrossatura a umido e li si è lucidati in una macchina di
finitura a trascinamento.
L’obbiettivo della finitura era:
Figura 10
Macchina usata per il colaggio: impianto
per colaggio sotto vuoto VC 600 della
Indutherm (fig. 11).
•
•
•
•
•
eliminare la “pelle” di colaggio.
Ottenere superfici piane.
Eliminare le piccole imperfezioni della superficie.
Eliminare la porosità superficiale.
Ottenere superfici lucenti, pronte per la vendita.
Nella fig. 13 sono evidenziati i tempi dopo i quali gli anelli potevano essere lucidati
con il risultato voluto.
Per due dei 5 tipi di anelli (leghe madri 2 e 3) due ore di sgrossatura a umido sono
state sufficienti per ottenere il risultato voluto, mentre il tempo di sgrossatura più
lungo è stato di tre ore. Ciò significa un tempo di sgrossatura a umido più lungo del
50%! Se si considera una giornata lavorativa di 8 ore, si possono trattare 5 lotti invece
di 3 (nota: le macchine sono automatiche e l’ultimo lotto finisce dopo l’orario di
lavoro).
Figura 11
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Tempo di
Lega madre 1
lavorazione
Lega madre 2
Lega madre 3
Lega madre 4
Lega madre 5
1,5 ore
•Piccoli difetti
•Piccoli difetti
•Piccoli difetti
•Piccoli difetti
superficiali
superficiali
superficiali
superficiali
•Superficie
•Superficie
•Superficie
•Superficie
•Superficie
irregolare
irregolare
irregolare
irregolare
irregolare
•Pelle di colaggio •Porosità
•Pelle di colaggio •Pelle di colaggio •Pelle di colaggio
ancora visibile
ancora visibile
ancora visibile
ancora visibile
•Porosità
2,0 ore
•Piccoli difetti
superficiali
•Superficie
•Risultato buono
irregolare
•Pelle di colaggio
ancora visibile
2,5 ore
•Risultato buono
•Risultato buono
•Piccoli difetti
superficiali
•Superficie
irregolare
•Porosità
•Superficie
irregolare
•Porosità
•Risultato buono
•Unsteady surface
•Porosity
•Risultato buono
•ma porosità
3,0 ore
Figura 13
Con il tempo di sgrossatura più breve si ottiene anche un altro effetto positivo, cioè
una minor perdita di metallo (fig. 14). Per gli anelli che potevano essere lucidati dopo
due ore, la perdita di argento è stata tra 3,13 e 3,61%. Gli anelli che hanno richiesto
tempi di sgrossatura a umido più lunghi hanno avuto perdite di peso tra 3,97 e
4,97%. Tra il tempo di lavorazione più breve e quello più lungo si è avuto un risparmio
di metallo di quasi il 2%!
Lega madre 1
Perdita
di peso
3.97%
2,0 ore
2,5 ore
Lega madre 2
3.61%
•Risultato buono
PLega madre 3
3.13%
Lega madre 4
4.97%
Lega madre 5
4.68%
•Risultato buono
•Risultato buono
•Risultato buono
•Risultato buono,
ma porosità
3,0 ore
Figura 14
Conclusione
Semplicemente affinando la regolazione di alcuni parametri della vostra macchina
(vedere anche i Simposi di Santa Fe del 2001 e del 2003) e facendo alcune prove per
conto vostro, potrete modificare vantaggiosamente i risultati della finitura. Sforzatevi
di restare competitivi!
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