Perché la rettifica a specchio richiede un refrigerante filtrato?

Avete passato ore a rettificare uno stampo per ottenere una perfetta finitura a specchio. Poi vedete un singolo graffio sotto la luce. Rovina l'intero lavoro e spreca il suo denaro.

Il refrigerante filtrato è essenziale per la rettifica a specchio per evitare i graffi a "coda di cometa" causati da detriti di dimensioni micrometriche. Evita il taglio secondario, in cui i trucioli vengono spinti di nuovo sulla superficie, mantiene la porosità della mola e previene l'espansione termica (l'acciaio si espande di 1,2µm/100mm/°C), garantendo una rugosità superficiale inferiore a Ra 0,2µm.

Se una macchina di alta precisione è la base, il sistema di supporto ausiliario spesso determina il risultato finale. Nella rettifica a specchio, anche l'apparecchiatura più avanzata fallisce se l'ambiente di raffreddamento è compromesso. Per ottenere una perfezione al di sotto del micron, il refrigerante deve essere trattato come un componente critico della geometria della macchina e non come un semplice materiale di consumo. Comprendere la meccanica della gestione dei fluidi è l'unico modo per salvaguardare la finitura e i profitti.

In che modo le particelle di micron nel refrigerante sporco causano "code di cometa" e graffi superficiali?

Si guarda il pezzo sotto una luce. Si vedono piccole scie che si trascinano sulla lucentezza. Questi segni distruggono la qualità visiva del prodotto.

Le particelle di dimensioni micrometriche presenti nel refrigerante sporco rimangono intrappolate tra la mola e il pezzo. Quando la mola ruota, trascina queste particelle dure sulla superficie, scavando solchi profondi che assomigliano a comete con una testa e una coda in dissolvenza. Questo danno fisico impedisce di ottenere una vera finitura a specchio.

Per capire questo fallimento dobbiamo guardare al livello microscopico. La rettifica a specchio è delicata. Stiamo cercando di ottenere un rugosità superficiale (Ra) di 0,2μm o migliore¹. Nel liquido di raffreddamento sporco sono presenti detriti galleggianti. Si tratta di piccole particelle dure. Possono essere grani abrasivi staccati dalla ruota, trucioli metallici dal pezzo o semplicemente polvere dal pavimento dell'officina.
Quando il refrigerante inonda la zona di rettifica, porta con sé queste particelle. Lo spazio tra la mola e il pezzo è incredibilmente piccolo. Una particella rimane intrappolata in questo spazio. La mola gira ad alta velocità. Cattura la particella e la trascina sulla superficie del pezzo.

Questa azione crea una "coda di cometa". All'inizio la particella scava in profondità. Questa è la testa della cometa. Poi, la particella può rotolare, rimbalzare o rompersi. Il graffio diventa meno profondo e svanisce. Questa è la coda. Questi graffi di solito seguono la direzione della rotazione della ruota o dell'avanzamento del tavolo. Con un ingrandimento di 200X, è possibile vedere chiaramente il punto di "spolpamento" in cui inizia il danno.
A volte le particelle rotolano in modo casuale. Questo provoca graffi irregolari e casuali su tutta la superficie.
Esiste un altro rischio chiamato "taglio secondario²." Ciò accade quando si accumulano trucioli (schegge di metallo). La mola spinge questi trucioli all'interno del metallo. In questo modo si taglia nuovamente la superficie appena rifinita. Questo rovina la lucentezza e aumenta la rugosità. È necessario filtrare queste particelle per evitare questo danno meccanico.

Perché il controllo della temperatura del refrigerante è essenziale per mantenere le tolleranze durante i turni di lavoro più lunghi?

La prima parte del mattino è perfetta. A pranzo, i pezzi sono sovradimensionati. Tutto il giorno si insegue la tolleranza e si creano scarti.

Il controllo della temperatura impedisce l'espansione termica. Per ogni aumento di 1°C, l'acciaio si espande di circa 1,2μm per 100 mm. Senza un refrigeratore, il refrigerante si riscalda, causando la crescita del pezzo e un'usura più rapida della mola, rendendo impossibile mantenere le tolleranze inferiori al micron richieste per la rettifica a specchio.

La stabilità della temperatura è il segreto della costanza. Nella rettifica di specchi, lavoriamo spesso con tolleranze intorno a 0,01 mm (10μm) o anche più strette, a volte fino a ±0,001 mm. Il metallo è estremamente sensibile al calore.
Pensate alla matematica. Nel caso dell'acciaio, ogni volta che la temperatura aumenta di 1°C, il metallo si espande. Cresce di circa 1,2μm per ogni 100 mm di lunghezza. Sembra poco. Ma se il refrigerante si riscalda di 5°C o 10°C durante un lungo turno di lavoro, le dimensioni del pezzo cambiano in modo significativo. Potreste rettificare il pezzo al numero corretto sullo schermo, ma quando si raffredda, si restringe e va fuori tolleranza.

Il calore crea anche un circolo vizioso per la macchina. Il processo di rettifica crea attrito. Questo attrito genera calore. Il refrigerante assorbe il calore. Se non si dispone di un refrigeratore, il refrigerante nel serbatoio diventa sempre più caldo.
Il liquido di raffreddamento caldo non è in grado di raffreddare efficacemente la ruota. La ruota inizia a soffrire. Il film di lubrificazione si rompe. L'attrito aumenta. Questo provoca una "velatura" o uno "slittamento" della ruota. La ruota sfrega invece di tagliare. Questo genera ancora più calore. Può causare segni di bruciatura sulla superficie dello specchio.
Si finisce per avere una situazione in cui "più si macina, più si scalda". Le smerigliatrici a specchio di alta gamma devono utilizzare un unità di refrigerazione indipendente³. In questo modo il liquido viene mantenuto a una temperatura costante. In questo modo, si arresta la deriva termica prima che rovini il lotto.

Quale sistema di filtrazione si adatta alla vostra molatura a specchio?

Avete un filtro, ma il liquido di raffreddamento è ancora torbido. I filtri standard lasciano passare le pericolose polveri sottili e danneggiano i componenti.

Per la rettifica a specchio, è necessario un sistema di filtraggio a più stadi in grado di rimuovere particelle fino a 5 micron. Si inizia con un separatore magnetico per i trucioli di ferro, seguito da una rete di rame o da un filtro a nastro di carta. Infine, una rigorosa filtrazione fine rimuove il limo in sospensione per proteggere i pori della ruota.

Non si può fare affidamento su un unico metodo di filtraggio per lavori di alta precisione. È necessaria una difesa in profondità. Raccomandiamo un approccio a più stadi per la pulizia del refrigerante.
Per prima cosa, utilizzare filtrazione magnetica⁴. La maggior parte della macinazione riguarda i metalli ferrosi. Un separatore magnetico estrae la limatura di ferro pesante e i trucioli di grandi dimensioni. Questo protegge le pompe e toglie il carico pesante ai filtri più fini.
In secondo luogo, utilizzare un filtro barriera. Spesso si tratta di una rete di rame o di un filtro a nastro di carta. Il refrigerante passa attraverso questa barriera fisica. Essa cattura le particelle di medie dimensioni e i detriti non magnetici.

Tuttavia, per le finiture a specchio, questo non è sufficiente. È necessario rimuovere il limo microscopico. Anche particelle di 10-20 micron possono compromettere le superfici di qualità ottica. È necessario filtrazione che arriva fino a 5 micron⁵. Se non lo si fa, questi fini intaseranno i pori della mola. Una mola intasata non può tagliare. Sfrega e brucia.
È necessario attuare un programma di sostituzione rigoroso. Controllare regolarmente il livello di contaminazione. Se il refrigerante sembra sporco, è già troppo tardi. È inoltre necessario sigillare il sistema. La polvere d'officina è un nemico. Mantenete il serbatoio coperto e le tubazioni sigillate.
Un liquido di raffreddamento pulito protegge anche la chimica della macchina. Le impurità possono rovinare gli additivi antiruggine presenti nel liquido. Questo porta alla corrosione del costoso basamento della macchina.

Fase di filtrazione	Contaminante rimosso	Scopo
Separatore magnetico	Limatura di ferro, trucioli pesanti	Protegge le pompe, rimuove i rifiuti sfusi
Filtro in carta/rete	Particelle medie, grana della ruota	Previene la contaminazione grossolana
Filtrazione fine	Particelle <5 micron	Previene i graffi e l'intasamento delle ruote

In che modo la concentrazione del refrigerante bilancia la lubrificazione e le prestazioni di raffreddamento nella zona di macinazione?

Si aggiunge acqua per risparmiare. Improvvisamente, la ruota si intasa e il pezzo si brucia. La miscela è importante quanto la macchina stessa.

Una concentrazione di 8%-10% fornisce la lubrificazione necessaria per ridurre l'attrito e prevenire l'opacizzazione delle ruote. Mentre l'acqua raffredda meglio, questo contenuto di olio più elevato impedisce la combustione e consente una finitura più liscia. È necessario combinare il tutto con getti ad alta pressione (3-5MPa) per rompere la barriera d'aria e raggiungere il taglio.

Trovare l'equilibrio è difficile. L'acqua è il miglior refrigerante del mondo. L'olio è il miglior lubrificante. Nella rettifica a specchio, sono necessari entrambi.
Se la concentrazione è troppo bassa (magra), si ha prevalentemente acqua. Si ottiene un ottimo raffreddamento, ma una scarsa lubrificazione. I grani abrasivi della ruota si consumano rapidamente. I pori della ruota si intasano di metallo. Si possono notare segni di bruciatura sul pezzo perché l'attrito è troppo elevato.
Se la concentrazione è troppo alta (ricca), c'è troppo olio. Il calore non viene dissipato abbastanza velocemente. Il pezzo potrebbe distorcersi termicamente.

Per la rettifica a specchio, si consiglia una concentrazione maggiore rispetto alla rettifica standard. Puntate a una concentrazione compresa tra 8% e 10%. Preferiamo emulsioni a pressione estrema⁶ o fluidi a base di olio. Questa miscela ricca crea un forte film lubrificante. Rende più fluida l'azione di taglio. Aiuta a ottenere la finitura Ra ≤ 0,2μm.
Ma non si può semplicemente versare. La zona di macinazione è molto calda, fino a 1000°C. La ruota che gira crea una barriera d'aria che blocca il liquido. È necessaria la forza. È necessario utilizzare getti ad alta pressione⁷idealmente da 3 a 5 MPa. Questa pressione perfora la barriera d'aria. Fornisce il refrigerante ricco direttamente al punto di contatto. I trucioli vengono lavati via immediatamente, in modo che non possano graffiare la superficie.
Per materiali sensibili come la ceramica, il fluido standard potrebbe non essere sufficiente. Potrebbero essere necessarie tecnologie di raffreddamento composite. Tuttavia, per la maggior parte dei metalli, è opportuno mantenere una concentrazione di 8-10% e una pressione elevata.

Conclusione

Per ottenere una finitura a specchio, è necessario filtrare i detriti di dimensioni inferiori a 5 micron per bloccare i graffi, controllare la temperatura per mantenere le tolleranze e mantenere la concentrazione di refrigerante 8-10% per la lubrificazione.

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