Le tecnologie per la pelatura della vergella

Un particolare dell’elemento di pelatura per vergella (immagine Kieselstein)

La pelatura superficiale è un processo di taglio con asportazione di truciolo che garantisce i migliori requisiti di qualità superficiale dei semilavorati in acciaio e in metalli non ferrosi. Il processo, seppur con tecnologie differenti, è applicato da tempo sia su barre, fino a diametri di 100 millimetri e oltre, sia su vergelle e laminati in rotolo. La pelatura è una lavorazione onerosa per lo sfrido elevato che comporta e per questo motivo è impiegata per le applicazioni dove l’assenza di difetti superficiali senza perdita di caratteristiche meccaniche è un requisito imprescindibile. Per esempio, la pelatura della vergella in acciaio è una pre lavorazione indispensabile per la produzione delle molle per le valvole dei motori a scoppio, ma le applicazioni finali che chiedono fili in acciaio con requisiti crescenti di qualità superficiale e di caratteristiche meccaniche sono in costante aumento.

Jens Kieselstein, amministratore delegato della Kieselstein GmbH, ha illustrato l’attuale panorama tecnologico del processo di pelatura intervenendo all’ultima edizione della CabWire World Conference di Düsseldorf. Laureatosi in ingegneria presso la Technischen Universität Chemnitz nel 2006, Jens Kieselstein ha affiancato il padre Stephan nella fondazione dell’azienda di famiglia, che dal 2002 ad oggi ha raggiunto una posizione di rilievo nella progettazione e nella realizzazione di macchine e impianti combinati per la pelatura e la lavorazione di fili e vergella in acciaio e in metalli non ferrosi. L’azienda, che ha sede a Chemnitz, occupa oltre cinquanta dipendenti e produce anche reti in filo spiralato ad alta resistenza per nastri trasportatori. Non bisogna confondere il processo di pelatura con le procedure di preparazione dei materiali laminati  per rimuovere la scaglia di laminazione o l’ossidazione superficiale. Con il termine pelatura si intende infatti l’asportazione meccanica di una porzione superficiale di materiale per una profondità pari a circa il 10% del diametro esterno del laminato. Questo valore varia ovviamente in relazione al diametro del materiale. In ogni caso, la profondità dell’asportazione deve garantire la totale rimozione dello strato superficiale dove si concentrano i possibili difetti, come per esempio cricche, ammaccature, rigature longitudinali causate dalla laminazione a caldo e zone di decarburazione.

Velocità e flessibilità con utensili di nuova generazione
Il processo di pelatura garantisce la stessa calibratura del diametro del filo ottenibile con la trafilatura tradizionale, ma evita l’incrudimento del materiale causato dalla deformazione plastica e assicura la totale eliminazione dei difetti superficiali lasciati dalla laminazione a caldo. I due processi, tuttavia, sono concettualmente simili. La configurazione più semplice di un impianto di pelatura comprende infatti un aspo svolgitore e un’unità raddrizzatrice che avviano il filo laminato verso la macchina pelatrice. L’asportazione superficiale avviene mediante un utensile cilindrico in metalli duro, di forma simile a una matrice per la trafilatura, il cui spigolo d’ingresso è un tagliente circolare di diametro predefinito. Il capstan motorizzato posto a valle dell’unità di pelatura riavvolge il filo pelato garantendo allo stesso tempo la corretta velocità di avanzamento, legata al tipo e alla resistenza del materiale trattato. I moderni utensili di pelatura in metallo duro, con geometrie del tagliente specifiche per i differenti tipi di materiale, rendono possibile questo processo con vergelle in acciaio fino a circa 15 millimetri di diametro, con un’asportazione di materiale dalla superficie fino a una profondità di circa 0,50 millimetri, a seconda del diametro del filo. A differenza della trafilatura, la pelatura offre il vantaggio di non richiedere la descagliatura meccanica e il decapaggio chimico del materiale laminato, ma per contro comporta una messa al mille notevole. L’impianto deve poi prevedere un idoneo sistema di raccolta ed evacuazione della grande quantità di truciolo prodotta. Durante la pelatura l’utensile di taglio è raffreddato con lubrorefrigerante per ottimizzare la vita utile del tagliente, mentre la lavorazione a secco è possibile soltanto con materiali non ferrosi. Una variante di questo processo prevede lo scalping della superficie del materiale prima della pelatura. Si tratta di una leggera incisione a spirale della superficie per facilitare la rottura e il distacco del truciolo. Questa variante, applicata quasi esclusivamente nella lavorazione del rame e delle sue leghe, è oggi quasi abbandonata a causa della difficoltà di mantenere una profondità costante dell’incisione durante la lavorazione di grandi volumi di materiale. L’incisione troppo marcata genera infatti delle scalfitture sul materiale lavorato che possono dare origine a non conformità durante le lavorazioni successive.

Un impianto sperimentale svela i segreti della pelatura
Secondo Jens Kieselstein il processo di pelatura lineare basato sull’utensile cilindrico è attualmente la soluzione più efficiente per produrre vergella calibrata e priva di difetti superficiali, come confermano i test e gli studi effettuati dall’azienda nel proprio laboratorio di Ricerca e Sviluppo. Si tratta del centro studi creato nel 2004, poco dopo la fondazione della società, per verificare le possibilità di sviluppo della tecnologia di pelatura della vergella, fino ad allora molto poco considerata dall’industria meccanica, ma indispensabile in alcune applicazioni di nicchia. Il laboratorio, dove da alcuni anni è in funzione anche un impianto sperimentale di pelatura in grado di lavorare fili fino a 15 millimetri di diametro in materiali non ferrosi e vergella in acciaio fino a 12 millimetri, ha permesso di approfondire i parametri critici del processo e guidato lo sviluppo di nuove soluzioni progettuali trasferite poi negli impianti industriali progettati e costruiti dall’azienda. Gli studi e le esperienze sul campo per risolvere specifiche esigenze dei clienti sono state alla base anche dell’evoluzione dei materiali e del design degli utensili cilindrici in metallo duro. L’impianto sperimentale è infatti equipaggiato con una completa dotazione di strumenti di misura, compresa una telecamera ad alta risoluzione per osservare il comportamento dell’utensile di taglio nelle diverse condizioni operative. Gli studi compiuti presso il laboratorio hanno confermato la validità del processo di pelatura per migliorare la qualità del filo, in particolare per applicazioni che richiedono una particolare omogeneità e purezza superficiale del materiale, con una rugosità inferiore a 0,1 micron. La rugosità è comunque influenzata dalla geometria del tagliente dell’utensile e dalla velocità di avanzamento del filo.

Le tecnologie alternative
La pelatura lineare con utensile cilindrico non è tuttavia l’unico processo di calibratura e asportazione superficiale di materiale. L’alternativa più diffusa è la cosiddetta pelatura con utensile rotante (Turn peeling): mentre il filo avanza a velocità costante, l’utensile ne percorre il perimetro asportando lo strato superficiale di materiale. Si tratta, in altre parole, di un procedimento analogo alla tornitura dove però l’utensile è in rotazione. Questo procedimento comporta però degli svantaggi operando con vergelle di piccolo diametro, sia per le vibrazioni indotte sia per la bassissima velocità di avanzamento, mentre è il processo più efficace per diametri superiori a 20 millimetri e per la lavorazione di laminati in barre, anche di grande diametro. La smerigliatura con nastri abrasivi a grana grossa è un altro procedimento di pulizia superficiale che, oltre alla scaglia di laminazione, è in grado di rimuovere parzialmente anche lo strato superficiale di materiale. L’asportazione è tuttavia poco profonda e non garantisce la calibratura del diametro finale.

Impianti integrati di trafilatura e pelatura per alluminio e rame
Il sistema di pelatura longitudinale risulta pertanto il più efficacie ed efficiente per vergelle di piccolo diametro. Inoltre presenta il vantaggio, come dimostra il successo di varie applicazioni effettuate da Kieselstein, di poter fornire sia macchine stand-alone sia impianti integrati comprendenti pelatura e trafilatura, quando il tipo di materiale e di lavorazione lo consente. Nel caso del filo in acciaio per molle, per esempio, tra un passaggio di trafilatura e l’altro è necessario un trattamento di ricottura che non è possibile eseguire in linea.
Nel caso della lavorazione di alluminio e rame l’integrazione è invece praticabile e già sperimentata con successo in varie applicazioni. In base alla resistenza meccanica del materiale da lavorare, è possibile integrare l’operazione di pelatura all’inizio, cioè all’ingresso dell’impianto di sbozzatura multiplo oppure, nel caso di filo di rame molto tenero, nella seconda o terza fase di trattamento, dopo un primo passaggio di trafilatura per incrudire la superficie del materiale. La posizione migliore può essere valutata anche utilizzando speciali modelli di calcolo.Per particolari applicazioni che utilizzano fili ad alta resistenza, come per esempio le leghe di nichel, può essere necessario effettuare più di un passaggio di pelatura. Gli impianti integrati, in genere, non sono molto flessibili e sono quindi poco adatti per questo tipo di lavorazioni. Kieselstein ha tuttavia sperimentato recentemente un impianto a tre stadi di nuova progettazione che permette di variare la sequenza delle operazioni di trafilatura e di pelatura effettuate in successione. Il primo stadio effettua sempre un’operazione di trafilatura che raddrizza e incrudisce il filo per facilitare il distacco del truciolo. I due stadi successivi possono essere settati per pelare o trafilare, individuando la sequenza ideale per ogni specifica applicazione.

 

 

Condividi quest’articolo
Invia il tuo commento

Per favore inserisci il tuo nome

Inserisci il tuo nome

Per favore inserisci un indirizzo e-mail valido

Inserisci un indirizzo e-mail

Per favore inserisci il tuo messaggio

Tecnologie del Filo © 2017 Tutti i diritti riservati