| Un mercato in crescita verso nuovi traguardi.
Migliori performances, minori costi, maggiore velocità e controllo dei parametri di lavorazione: i produttori di abrasivi si orientano verso questi obiettivi per rispondere alle esigenze degli utilizzatori.
Sabbiatura, rettifica, finitura, lappatura, pallinatura, lucidatura, taglio, foratura, levigatura: non vi è operazione meccanicazzata o manuale in cui l’impiego degli abrasivi non sia diffuso. E, soprattutto, non vi è settore di applicazione che possa farne a meno: dall’industria meccanica a quella aerospaziale, da quella produttrice di cuscinetti a sfera all’industria di precisione; e ancora l’elettronica, l’industria mineraria e delle costruzioni, l’industria refrattaria e del legno.
Un panorama che, di conseguenza, tende a registrare, anno dopo anno, una crescita del mercato di questi prodotti, anche per effetto degli sviluppi tecnologici nelle applicazioni sui materiali metallici.
Non è un caso che, stando ai dati presentati a un recente convegno da Federceramica, l’andamento del mercato è in costante crescita, in termini sia di valore che di volume: nel 1998, ad esempio, le vendite sul mercato italiano sono state di 534 miliardi di Lire, con una crescita del 7 per cento sull’anno prima; ancor meglio sono andate le sole mole di precisione, che hanno visto crescere le vendite del 10 per cento, portandosi a 190 miliardi di Lire.
Ma vediamo di conoscere più da vicino questi prodotti.
Uno sguardo alle materie prime utilizzate.
Alla base di tutti gli utensili abrasivi stanno sia minerali grezzi che materiali sintetici, questi ultimi realizzati per impartire alle particelle abrasive determinate caratteristiche. Le principali proprietà sono la durezza, la resistenza alla frattura, la resistenza all’usura meccanica e chimica, la capacità di assorbire il calore attraverso la conduttività termica e la capacità termica. Tra gli abrasivi naturali troviamo lo smeriglio, il granato, la pomice, l’arenaria, la silice e il diamante. Gli abrasivi sintetici comprendono invece ossidi di alluminio, carburo di silicio, vetro, diamante e nitruro di boro cubico (CBN). Il diamante e i CBN sono definiti superabrasivi, grazie alle loro elevate proprietà abrasive, per distinguerli dai materiali più convenzionali.
Il diamante - È il più duro di tutti i materiali conosciuti, con il più alto modulo elastico e la più alta conducibilità termica. È il miglior abrasivo ma, punto critico, reagisce con i metalli ferrosi al superamento della soglia di 600°C di temperatura.
Il nitruro di boro cubico - È il secondo materiale più duro conosciuto e, diversamente dal diamante, è chimicamente inerte, non presentando alcuna reazione con i metalli ferrosi. Quindi è il più adatto alla rettifica dei componenti ferrosi.
Il carburo di silicio - È il più duro tra i convenzionali abrasivi ceramici, ma ha meno di un terzo della durezza del diamante. Gli abrasivi in carburo di silicio sono abitualmente utilizzati per la rettifica della ghisa, di altri metalli non ferrosi e degli utensili in carburo di tungsteno, oltre che per l’impermeabilizzazione della carta per la rifinitura della carrozzeria delle automobili e per la lappatura del vetro.
L’ossido di alluminio - Tradizionalmente usato nelle operazioni di rettifica dei componenti ferrosi.
Gli abrasivi: una risposta per ogni impiego.
Gli abrasivi impiegati nella realizzazione di utensili possono essere divisi in sfusi, rivestiti e legati.
Gli abrasivi sfusi - Sono l’allumina, il SiC, il vetro, la sabbia silicea, la plasica granulare e alcune pietre dure. Il processo viene abitualmente condotto in umido, con acqua come fluido di trasporto, oppure a secco. Le grosse particelle abrasive sono trasportate da una corrente di acqua ad alta pressione o da una corrente d’aria e inviate ad alta velocità a colpire la superficie di lavoro. Sono impiegati in operazioni di pallinatura, sbavatura, lappatura e lucidatura, dove si richiede una superficie di taglio relativamente delicata.
Gli abrasivi rivestiti - Comprendono un sottile strato di grani abrasivi aderenti ad un materiale di substrato come la carta, la stoffa, il feltro o la pellicola. Si va dalla colla legata a cartavetro ai più sofisticati utensili abrasivi, dove l’ultima generazione di grano abrasivo sintetico è legato a tessuti e film intrecciati o no. Si tratta di prodotti ad elevate performances quali lamiere, nastri, dischi e mole.
Si utilizza lo smeriglio grezzo quando c’è minor quantità di materiale metallico da lavorare. I grandi superabrasivi sono inseriti in una matrice di nichel deposto elettroliticamente e ancorati alla superfciie del materiale di substrato. I prodotti in diamante rivestito sono usati negli utensilli per fresatura.
Gli abrasivi legati - I convenzionali abrasivi legati sono quelli in cui i grani abrasivi di natura ceramica sono legati insieme in una matrice per ottenere utensili come mole da rettifica, da taglio, da levigatura e da riaffilatura.
I leganti vetrificati sono più rigidi e stabili termicamente e vengono impiegati nelle lavorazioni di finitura con basse tolleranze. I leganti di resina più resistenti sono invece impiegati in operazioni di finitura. Per le finiture superficiali si impiegano leganti in gomma.
Le mole da rettifica in superabrasivo e i dispositivi per microfinitura sono fabbricati con leganti vetrificati, in resina e con sistemi a legame metallico. La concentrazione di grani è più bassa che negli abrasivi tradizionali e la forza di legame è maggiore.
Le esigenze degli utilizzatori finali.
Nell’impiego degli abrasivi, vi è da parte delle imprese l’esigenza di avere un controllo sempre maggiore e più efficace su una serie di parametri, che possiamo così sintetizzare:
1. proprietà della superficie del materiale del pezzo da lavorare
2. geometrie del pezzo da lavorare
3. costo del processo: costo del ciclo, costo degli utensili, svalutazione delle macchine.
In questa prospettiva, vanno segnalati gli sforzi da parte dei produttori di abrasivi per rispondere a queste esigenze. Un impegno che si indirizza verso più direzioni.
Un posto di primo piano tra gli obiettivi è rappresentato dal miglioramento delle performances degli utensili e dalla contemporanea riduzione dei costi: ciò si traduce, nei fatti, in una progressiva
riduzione della dimensione dei grani e nell’incremento dell’uso di grani abrasivi complessi, con una contemporanea maggiore enfasi sulla geometria e qualità della superficie.
Ma ridurre i costi significa anche intervenire sulle materie prime abrasive: in questo senso le nuove scoperte hanno consentito alle mole tradizionali di fare un balzo qualitativo che ha ridotto il gap con i superabrasivi.
In particolare, l’introduzione degli ossidi di alluminio ceramici microcristallini rende oggi disponibili mole per lavorazioni di precisione in grado di raddoppiare le prestazioni delle mole in ossidi di alluminio convenzionali.
Un altro parametro che viene ricercato è quello dell’incremento di velocità nell’uso degli abrasivi, per rispondere alle esigenze di incremento della produttività delle macchine. Anche in questo caso, significativi sono i passi in avanti compiuti dai costruttori di utensili abrasivi. Oggi, per esempio, le mole vetrificate da rettifica raggiungono velocità di 60 m/s.
In alcuni casi, su macchine speciali con sistemi di protezione, sono usate anche mole vetrificate con centro fine a 120-125 m/s. Per le mole resinoidi, la velocità d’uso è di circa 45-48 m/s, mentre nelle operazioni di sbavatura si raggiungono anche i 60 m/s. I progressi più importanti sono da registrarsi sicuramente nei superabrasivi dove, grazie all’utilizzo di leganti metallici, si possono raggiungere velocità di 100 m/s.
Tutto ciò riguarda l’impiego delle mole a secco: un ambito che raggiunge circa il 70 per cento del volume complessivo delle mole.
In alcune operazioni, purtroppo, come ad esempio la rettifica, nonostante i progressi nella ricerca, resta praticamente impossibile eliminare l’impiego di olii integrati da taglio, emulsioni con olio o lubrorefrigeranti sintetici: solo così è infatti possibile evitare che i minuscoli trucioli si incastrino permanentemente nei pori della mola limitandone l’azione di taglio e causando danni sulla superficie dei pezzi. |
