Finitura superficiale per parti lavorate a CNC

La finitura delle superfici fa parte della produzione, in particolare per i pezzi lavorati a CNC. Utilizza tecniche specificamente progettate per modificare le caratteristiche superficiali di un componente per soddisfare esigenze funzionali, estetiche o prestazionali mirate. La finitura superficiale abbellisce il pezzo e ne aumenta le caratteristiche prestazionali, come la resistenza alla corrosione, all'usura e la rugosità superficiale.

Che cos'è la finitura delle superfici?

La finitura superficiale è il processo con cui si modifica la superficie di un pezzo lavorato per quanto riguarda la consistenza, l'aspetto e la funzionalità. A seconda delle esigenze del pezzo, la finitura può essere meccanica, chimica o elettrochimica.

Lavorazione CNC porta a un'elevata precisione e ripetibilità del pezzo. Tuttavia, i componenti possono presentare caratteristiche sulla superficie che influiscono sulla forma e sulla finitura.

Un problema comune è rappresentato dai segni dell'utensile - linee sottili o scanalature lasciate dall'utensile da taglio - che possono influire sia sull'estetica che sulla funzionalità. Tecniche come la lucidatura o la finitura secondaria possono aiutare a risolvere questi segni. Può darsi che non sia esteticamente desiderabile o funzionalmente adatto.

Gli elementi lavorati, come bave, bordi rialzati, particelle o piccole creste che si formano ai margini degli elementi, richiedono operazioni di sbavatura.

I segni minori che possono assumere la forma di graffi sulla superficie dovuti al processo di lavorazione, alla manipolazione o al trasporto sono indesiderabili dal punto di vista estetico. Possono essere fonte di ulteriori problemi meccanici in seguito.

Tecniche comuni di finitura superficiale per lavorazioni CNC

La finitura delle superfici svolge un ruolo fondamentale nel determinare la qualità e le prestazioni dei pezzi lavorati CNC. In questa sede vengono illustrati alcuni processi di finitura standard in vari settori industriali.

Anodizzazione

Anodizzazione migliora efficacemente la protezione dalla corrosione, le proprietà meccaniche e l'aspetto dei prodotti, in particolare dell'alluminio. Questo procedimento prevede la formazione di una pellicola di ossido robusta e antiruggine sulla superficie del metallo. L'anodizzazione forma uno strato di ossido, formando un rivestimento intorno al metallo. Questo non solo migliora le caratteristiche del metallo, ma contribuisce anche al valore estetico del prodotto finale.

Processo

1. Preparazione della superficie: La pulizia dei pezzi avviene prima di applicare il processo di anodizzazione. Una pulizia accurata rimuove oli e sporcizia. Gli operatori possono utilizzare tecniche di pretrattamento meccanico o chimico, come la lucidatura o l'incisione.
2. Immersione in soluzione elettrolitica: Dopo la pulizia, i tecnici immergono il pezzo in un bagno elettrolitico, spesso acido, solforico o cromico. Questo bagno crea un processo elettrolitico che porta alla formazione dello strato di ossido. In questo processo, il pezzo stesso costituisce l'anodo del sistema. Il catodo è costituito da alluminio o piombo proprio di fronte all'anodo.
3. Applicazione della corrente elettrica: I tecnici fanno passare la corrente continua (DC) attraverso il pezzo e il catodo e sul pezzo si verifica un processo elettrochimico. Gli ioni dell'elettrolita reagiscono con gli atomi di alluminio sulla superficie del pezzo e producono ossido di alluminio (Al₂O₃). Questo strato di ossido è inizialmente poroso e facilita il successivo trattamento del tessuto, come la tintura.
4. Colorazione e sigillatura: Lo strato anodizzato permette ai coloranti di penetrare, facilitando la tintura del pezzo. I coloranti organici o inorganici penetrano nei pori. La sigillatura è l'ultimo processo per aumentare la protezione dalla corrosione e impedire lo sbiadimento del colore. Si tratta di portare il pezzo a un punto di ebollizione, in modo che l'ossido di alluminio si idrati e chiuda tutti i pori. Altri tipi di sigillatura includono sostanze chimiche come l'acetato di nichel per proteggere ulteriormente la superficie.

Tipi di anodizzazione

Anodizzazione all'acido cromico (Tipo I )

Utilizza l'acido cromico come elettrolita e forma uno strato anodico sottile e liscio. Tuttavia, ha una resistenza all'abrasione inferiore rispetto agli altri rivestimenti. Trova applicazione soprattutto nelle parti aerospaziali, dove le proprietà fondamentali sono la resistenza alla fatica e l'elevata resistenza alla corrosione. 

Anodizzazione all'acido solforico (Tipo II)

Questo metodo utilizza una soluzione di acido solforico come elettrolita. I pezzi in questo processo sono più spessi di quelli dell'anodizzazione all'acido cromico. L'anodizzazione di tipo II è favorevole alla tintura della superficie ed è adatta all'uso estetico. È famosa per la maggior parte dei piccoli elettrodomestici, degli accessori per auto e degli edifici in cui si desiderano aspetto, moderata resistenza alla ruggine e robustezza.

Anodizzazione dura con acido solforico a temperature inferiori (Tipo III )

Paragonabile al tipo II, ma a temperature più basse e tensioni più elevate. Produce uno strato di ossido notevolmente più denso e rigido. È famosa per la sua elevata resistenza all'abrasione e per le sue proprietà di elevata durezza. Lo strato anodico è più spesso, fino a 100 micron, e presenta migliori proprietà di resistenza all'usura e alla corrosione. È adatto a ruoli impegnativi come i beni aerospaziali, i prodotti militari e le attrezzature industriali. Queste applicazioni richiedono la massima durata della superficie o dell'intero dispositivo. Le applicazioni possibili includono pistoni, ingranaggi e altre parti in movimento.

Granigliatura

La granigliatura è un altro metodo di finitura delle superfici che imprime perle di vetro a base di ossido ad alta pressione sulla superficie di un materiale. La regolazione del processo consente di ottenere superfici lisce e ruvide con l'aiuto dei mezzi abrasivi. È comune nell'abbellimento, nella preparazione delle superfici o nella rimozione di contaminanti superficiali come ruggine o vernice.

Processo

1. Preparazione della superficie: Comporta il lavaggio per rimuovere gli oli residui o altri contaminanti facilmente rimovibili.
2. Cabina o macchina di sabbiatura: I tecnici posizionano il pezzo in una cabina di granigliatura o in un dispositivo della macchina. La cabina è uno spazio chiuso in cui avviene la sabbiatura e il mezzo abrasivo non vola via da essa.
3. Aria compressa e mezzi abrasivi: Gli operatori utilizzano l'aria compressa per espellere il materiale abrasivo, per lo più perle di vetro, contro la superficie del pezzo. Il grado di trattamento della superficie dipende dalla pressione dell'aria e dal tipo di materiale utilizzato nel processo.
4. Finitura superficiale controllata: L'operatore può determinare la quantità di pressione, la vicinanza alla superficie su cui viene applicato e l'angolo di applicazione del prodotto. Ciò è necessario per un controllo completo della finitura. La granigliatura è adatta a lavorare su parti diverse in modi diversi, a seconda delle esigenze.
5. Pulizia post-abbattimento: Dopo la sabbiatura, gli operatori lavano il pezzo per rimuovere i mezzi di sabbiatura o la polvere rimasta su di esso. In questo modo si evitano le interferenze dovute alla contaminazione da parte di altri elementi prima che il pezzo venga sottoposto a operazioni come il rivestimento o l'assemblaggio.

Tipi di granigliatura

Sabbiatura con perle di vetro

Questa sabbiatura utilizza perle di vetro sferiche come mezzo abrasivo. La finitura superficiale ottenuta è relativamente liscia e uniforme. Questo metodo di sabbiatura è più adatto per ottenere una superficie opaca o satinata sul pezzo. Le perle di vetro sono meno abrasive di altri mezzi di sabbiatura conosciuti. Rimuovono solo un po’ di materiale, il che lo rende applicabile per la lucidatura o la pulizia superficiale e il lavaggio della superficie. È spesso utile negli elettrodomestici, negli interni e negli esterni delle automobili, nei mobili, nei prodotti dell'industria leggera e in altre parti. In queste applicazioni, un aspetto liscio e bello è essenziale.

Granigliatura con ossido di alluminio

Impiegano un ossido di alluminio più complesso e più esteso. Questi materiali sono più rigidi e più piccoli della prima grana. Grazie alla loro durezza, l'ossido di alluminio rimuove significativamente più materiale dalla superficie rispetto alle microsfere di vetro. È utile nei casi in cui è necessaria una superficie leggermente più ruvida o un'eccellente rimozione di materiale.

Granigliatura di plastica

Utilizza perle di plastica come mezzo abrasivo, riducendo così al minimo il trattamento rigoroso dei pezzi. Grazie ai sottili gusci di plastica, essi incidono solo leggermente il metallo. Il processo offre una finitura superficiale fine senza influire negativamente sulla resistenza del pezzo in questione. La granigliatura con microsfere di plastica è un'opzione adatta per la pulizia di metalli più morbidi o di parti delicate, spesso utilizzata in produzione di componenti per autoveicoli e produzione di componenti aerospaziali.

Granigliatura al carburo di silicio

Una delle tecniche più aggressive prevede l'utilizzo di particelle di carburo di silicio. Il carburo di silicio è uno dei materiali più duri utilizzati nella famiglia dei mezzi abrasivi. Funziona bene prima di un materiale rigido e di una rimozione aggressiva. Si ottiene una superficie più irregolare ed è applicabile in situazioni in cui si desidera una presa o un bloccaggio sul pezzo. Alcune applicazioni includono la pulizia di pale di turbine, fusioni, parti ad alta intensità e molte altre che richiedono una superficie robusta prima di ulteriori trattamenti.

Elettrolucidatura

L'elettrolucidatura è un accurato processo elettrochimico che dissolve leggermente il materiale dalla superficie delle parti metalliche. Questa tecnica è l'opposto della galvanoplastica ed è più simile alla dissoluzione, alla lucidatura e alla levigatura. L'elettrolucidatura trova applicazione principalmente nelle leghe di ferro-cromo, alluminio, titanio e nichel. È quindi utile per i settori che richiedono elevati livelli di pulizia e purezza superficiale, come l'industria alimentare, le apparecchiature mediche e i prodotti farmaceutici.

Processo

1. Preparazione della superficie: Prima dell'elettrolucidatura, le parti metalliche vengono pulite per sgrassarle. La pulizia elimina qualsiasi sostanza che possa ostacolare il processo elettrochimico.
2. Immersione in bagno elettrolitico: Gli operatori immergono la parte metallica in un bagno elettrolitico. Il bagno comprende una soluzione acida, più spesso una soluzione di acido solforico e fosforico. Nella parte elettrochimica del sistema, il ‘pezzo’ funge da anodo, mentre il catodo è un materiale inerte come l'acciaio inossidabile o il piombo.
3. Applicazione della corrente elettrica: Gli operatori applicano una corrente elettrica tra l'anodo e il catodo del pezzo. La corrente provoca la dissoluzione dello strato di ossidazione del pezzo in una soluzione acquosa. La rimozione del materiale aumenta rapidamente per i picchi curvi locali alla superficie del catodo piuttosto che per le valli curve. Questa rimozione selettiva contribuisce ad appiattire la superficie, consentendo di lucidare il pezzo per ottenere una superficie liscia.
4. Dissoluzione materiale: Il processo di elettrolucidatura rimuove uno strato sottile e preciso di materiale (solitamente compreso tra 0,001 e 02 mm). Il materiale si accumula sull'elettrolita fino a raggiungere la giusta finitura superficiale. La finitura superficiale finale appare superiore e raffinata rispetto ad altri processi di lucidatura meccanica.
5. Levigatura e lucidatura delle superfici: L'elettrolucidatura lascia la superficie liscia, lucida e ‘brillante’ rispetto allo stato originale. Oltre all'aspetto estetico, riduce drasticamente la rugosità a livello microscopico e contribuisce a ridurre le possibilità di corrosione.
6. Pulizia e ispezione post-lucidatura: Dopo il trattamento di elettrolucidatura, la parte di finitura superficiale viene lavata in acqua per eliminare la soluzione elettrolitica. Il controllo della parte di finitura superficiale garantisce la rimozione del materiale idoneo.

Confronto tra i metodi di finitura delle superfici

La migliore finitura superficiale per i pezzi lavorati CNC dipende da caratteristiche quali il tipo di materiale utilizzato, i requisiti dell'applicazione e le condizioni di lavoro del pezzo. La decisione più cruciale è la selezione delle finiture superficiali, poiché esse regolano le prestazioni, la resistenza e, infine, il prezzo del pezzo. Tutti i materiali in esame reagiscono in modo diverso a specifiche procedure di finitura, e procedure come l'anodizzazione sono solitamente standard per l'alluminio. Allo stesso modo, è necessario considerare la funzione del pezzo in esame. Ad esempio, se si considera la resistenza all'usura, i componenti dovrebbero essere anodizzati in modo resistente.

D'altra parte, l'elettrolucidatura potrebbe essere utile per i pezzi in ambienti incredibilmente sterili. Anche l'esposizione ambientale è un fattore essenziale, soprattutto per i pezzi che si trovano in ambienti corrosivi, ad alte o basse temperature o con sostanze chimiche. Anche l'estetica influisce sulla scelta, soprattutto nei casi in cui settori come l'elettronica per i clienti e il settore automobilistico, tra gli altri, utilizzano tecniche come la lucidatura e l'anodizzazione. Le considerazioni sul budget sono essenziali nella scelta della finitura superficiale, poiché le opzioni più protettive ed esteticamente accattivanti hanno spesso un costo più elevato. In questo caso, è assolutamente necessario considerare i requisiti di prestazione rispetto ai costi per prendere la decisione giusta.

Suggerimenti: Per saperne di più sull'intera gamma di processi di finitura delle superfici, cliccare su “Altri processi di finitura delle superfici” per continuare.

Conclusione

La finitura delle superfici è una componente essenziale della produzione complessiva quando si tratta di pezzi lavorati a controllo numerico, con una stretta influenza sui fattori di funzionalità e di aspetto.

I processi di anodizzazione, sabbiatura ed elettrolucidatura migliorano proprietà quali la corrosione, l'usura e la finitura superficiale, conferendo ai componenti un aspetto estetico.

Ogni metodo di finitura risponde a requisiti o preoccupazioni legate al materiale del pezzo e all'uso previsto. La scelta della corretta tecnica di finitura superficiale è legata all'efficienza e alla durata dei pezzi lavorati CNC.

Altri attributi, tra cui le condizioni esogene, influenzano questo processo decisionale a causa delle richieste di prestazioni del prodotto. I costi di produzione sono un altro fattore essenziale.

La comprensione delle specificità di un particolare metodo di finitura superficiale è fondamentale per fare le scelte giuste per le loro esigenze individuali basate su funzionalità, costi ed estetica per i loro prodotti specifici.