Lavorazioni non tradizionali

Materie:	Appunti
Categoria:	Tecnologia Meccanica
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Data:	31.07.2001
Numero di pagine:	6
Formato di file:	.doc (Microsoft Word)

Lavorazione CHIMICA:
- Taglio
- Finitura (piccoli strati di materiale)
- Fresatura (Alleggerimento)
Le lavorazioni chimiche (CHM), permettono di asportare in maniera controllata (atomo per atomo), il metallo dalla superficie di un pezzo mediante l’attacco diretto di soluzioni chimiche capaci di dissolvere il materiale in lavorazione.
Le principali lavorazioni sono:
a: tranciatura chimica
b: fresatura chimica
In entrambe, il pezzo, viene spruzzato o immerso (a seconda delle dimensioni) con una soluzione capace di convertire il metallo in un sale metallico che viene allontanato mediante il continuo rinnovo della soluzione reagente;
la composizione e la concentrazione della soluzione, sono scelte in modo che la velocità di asportazione sia di circa 0,02 mm/min
Per poter attaccare il materiale solo in alcune zone, occorre proteggere le parti che non devono essere lavorate, con un materiale chimicamente inerte come neoprene, plastica vinilica, emulsioni fotosensibili ecc.
Materiale
Soluzione
Velocità
[mm/min]
Rugosità
[μm]
Alluminio
NaOH – NaCl
0,05 – 0,12
5 – 15
Acciaio
HNO3 – HCl
0,012 – 0,04
2 – 15
Rame
HNO3 – NH4OH
0,02 – 0,08
3 – 5
Titanio
HF
0,01 – 0,03
1 – 4
Tranciatura Chimica:
E’ impiegata per produrre particolari metallici sottili:
- Pulizia accurata di ogni traccia di sporco, grasso o ruggine;
- Ricopertura del pezzo con emulsione fotosensibile e successiva polimerizzazione mediante esposizione a raggi UV (in precedenza si è ricoperto il film con un’immagine opaca della tranciatura da effettuare, per proteggerla dai raggi);
- Essiccazione in forno;
- Attacco chimico.
Vantaggi:
- I lamierini molto sottili (qualche decimo di mm) possono essere lavorati senza distorsioni;
- La lavorazione non lascia bave;
- Possono essere lavorati materiali duri e fragili;
- Costo di attrezzature e impianto, ridotto;
- La modifica dei progetti non richiede grandi spese;

Fresatura Chimica:
La fresatura chimica, è un processo di attacco chimico controllato, in cui il metallo, viene asportato in modo da produrre figure complesse, particolari alleggeriti, lamiere a spessore variabile.
Questo procedimento ha avuto grande sviluppo nell’industria aeronautica, applicata essenzialmente alle leghe d’alluminio.
Il processo, relativamente semplice, consiste nella pulizia accurata (decapaggio), della lamiera o del pezzo da attaccare; si procede poi a mascherare le aree che non devono essere lavorate con pellicole resistenti all’attacco chimico.
Il pezzo viene poi immerso in una soluzione alcalina calda, dove il materiale viene eroso nelle aree non protette.
Il particolare viene poi risciacquato e successivamente viene rimossa la mascheratura
Lavorazione con FASCIO ELETTRONICO:
Le lavorazioni con l’EBM (Electron Beam Machining), provocano l’asportazione del materiale per mezzo di un fascio di elettroni fato convergere sul pezzo: il materiale nella zona di bombardamento, si scalda, fonde ed vaporizza.
L’EBM è un procedimento termoelettrico; la notevole somiglianza alla lavorazione tramite raggio laser, è data dalle elevatissime temperature e densità di energia termica raggiungibili: il calore è generato da elettroni lanciati ad alta velocità, che, colpendo il pezzo, trasformano la loro energia cinetica in energia termica.
Questo processo, generalmente eseguito sotto vuoto, si utilizza soprattutto per operazioni di micro saldatura e micro foratura.
Nel cannone elettronico, oltre all’anodo e il catodo, è presente un terzo elettrodo, detto Lente Wehnelt, che è collegato al catodo e che ha la funzione di regolare il flusso di elettroni.
La tensione fra anodo e catodo, detta tensione acceleratrice, influisce sulla velocità degli elettroni e sull’energia termica sviluppabile tramite il bombardamento elettronico, è quindi proporzionale alla tensione; generalmente non si superano i 60 Kw di potenza.
Il cannone è sistemato in una camera a vuoto ed è attrezzato per potersi spostare in senso verticale; il fascio rimane generalmente fermo e il pezzo da lavorare viene mosso alla velocità desiderata sotto il fascio elettronico (moto di alimentazione); le temperature ottenibili sono sufficienti a vaporizzare il Tungsteno (la cui temperatura di fusione è 3370°C) o qualsiasi altro materiale conosciuto.
Saldatura:
La lavorazione più eseguita è la saldatura, sia pure con limitazioni riguardanti materiali ferrosi e spessori (Acciaio:spessore massimo = 50 – 60 mm; spessore minimo = 0,05 mm; Leghe Leggere: spessore massimo = 150-200 mm): il materiale viene congiunto fondendo il lembi dei pezzi in lavorazione e penetrando a fondo nel materiale; generalmente non viene usato materiale d’apporto.
Questo processo può essere usato per scaldare sia i materiali comuni che i materiali refrattari e le varie superleghe che è impossibile saldare per altre vie.
L’apporto di calore in questo tipo di saldatura, è molto minore che in altri tipi di saldature convenzionali, ma assai concentrato
Tipo di saldatura
Area minima del punto
[cm²]
Energia specifica massima
W/cm²
Ossiacetilenica
10-2
5*104
Elettrica ad Arco
10-4
1*105
Fascio Elettronico
10-7
5*108
Foratura:
Nella micro saldatura, la velocità di rimozione del metallo, è di circa 0,01 mm/s, l’asportazione è perciò lenta, ma la lavorazione è molto accurata, infatti non vi sono zone nel pezzo in lavorazione, in cui la struttura abbia risentito dell’azione del calore o della pressione e possono quindi essere rispettate tolleranze di lavorazione, strettissime.
Limitazioni del processo sono date dall’alto costo delle attrezzature, dalla necessità di operai qualificati e dall’impiego di una camera a vuoto che restringe le dimensioni massime del pezzo da lavorare.
Il procedimento, inoltre, emette raggi X, il che richiede una schermatura opportuna, per assorbire le radiazioni.
Attualmente l’EMB viene impiegato per:
- fori di diametro piccolissimo (circa 0,05mm) in qualsiasi materiale conosciuto;
- per la formazione di particolari piccolissimi nell’industria dei semiconduttori;
- per la lavorazione di diamanti industriali;
Vantaggi:
- Profondità di penetrazione elevatissime (fino a 40 volte la larghezza del pezzo);
- Grande velocità di avanzamento (circa 500 mm/min);
- Limitata estensione della zona riscaldata;
- Possibilità di saldare materiali dissimili;
- Applicazione della lavorazione a pezzi meccanici già finiti;
- Saldabilità di tutti i materiali, anche di quelli fortemente ossidabili (Berillio, Titanio, Zirconio, ecc.);
- Saldature molto precise;
- Assenza di ossidazioni e/o alterazioni.
Le pressioni di vuoto raggiunte nella camera, vanno da 10-2 a 10-5 Torr (mmHg), a seconda della zona della camera; il tipo di vuoto utilizzato nella lavorazione, viene chiamato vuoto spinto, in quanto una volta creata una depressione opportuna all’interno della camera , intervengono dei sali che reagiscono con l’aria, aumentando ulteriormente il vuoto.
Nella zona di lavorazione, la pressione di vuoto deve essere di almeno 10-4 Torr
Gli elettroni sparati dal cannone, raggiungo una velocità compresa fra i 50000 e i 200000 Km/s.
Il primo brevetto di lavorazione tramite fascio elettronico, lo abbiamo in Francia nel 1956.
Lavorazione ELETTROCHIMICA:
E’ un processo simile all’elettroerosione, in quanto implica il passaggio di corrente attraverso un elettrolita, interposto fra un utensile di forma opportuna, e il pezzo; la differenza stà nel fatto che nelle lavorazioni elettrochimiche viene sfruttato il principio dell’elettrolisi (fino a 1000 A/cm²).
Nell’ECM, (utilizzabile con qualsiasi materiale purché conduttore), la quantità di metallo asportato è indipendente dalla durezza e dalla resistenza del pezzo e da qualsiasi altra sua proprietà fisica;
la velocità di asportazione (decine di migliaia di mm³/min), supera largamente quella relativa all’EDM e in alcuni casi anche quelle delle lavorazioni convenzionali.
Se le condizioni di lavorazione sono scelte correttamente, cioè se non si ha formazione dell’arco, non si produce usura dell’utensile, non si determinano tensioni residue e nemmeno danni termici al materiale in lavorazione, poiché le temperature non superano in nessun caso i 100°C.
Caratteristiche delle Lavorazione ECM:
Un generatore di corrente continua è collegato al sistema utensile-pezzo: viene applicata una ddp fra utensile (catodo) e pezzo (anodo), immersi in un elettrolita che ne provoca l’erosione; la forma del pezzo in lavorazione è determinata dalla formula dell’utensile e dal moto relativo fra utensile e pezzo durante la lavorazione. La finitura superficiale, aumenta all’aumentare della corrente.
V= 10-20 V dc
I= fino a 20000 A
P= 50 – 150 KVA
Elettrodi: Rame, Ottone, Acciaio Inox, Titanio, Leghe del Rame, Berillio, Tungsteno
Tolleranze di lavorazione = da 0,0125 a 0,05 mm
Tipi di elettrolita: Cloruro di Sodio (per materiali ferrosi), Nitrato di Sodio, Acido Solforico (per materiali non ferrosi)
Costo impianto = ~400 milioni