Sabbiatura e Pallinatura: principali applicazioni

Introduzione
La sabbiatura e la pallinatura, per scarsa conoscenza tecnica, sono considerati trattamenti “poveri” sia a livello tecnologico sia per il basso valore aggiunto che viene riconosciuto al componente da trattare.
Le piccole aziende dimostrano spesso un’evidente sorpresa davanti al trattamento di sabbiatura/pallinatura in termini di flessibilità e multi-funzionalità della macchina.
Le aziende di medie dimensioni dimostrano di recepire un po’ in ritardo questo tipo di tecnologia. Sicuramente a causa di una modesta disponibilità di risorse e un certo grado di diffidenza verso un processo di cui si fa molta pubblicità ma di cui pochi conoscono le reali potenzialità e le molteplici applicazioni.
Le grandi aziende, grazie alla maggiore disponibilità di capitali, già da diversi anni  conoscono la potenzialità dei processi di sabbiatura e pallinatura.
Quando possibile c’è sempre stata una forte tendenza ad investire tempo e risorse in collaborazioni nello sviluppo e approfondimento di questi processi con risultati molto soddisfacenti.


Esigenze dei clienti e potenzialità del processo
In questi ultimi anni, soprattutto in mercati caratterizzati da prodotti a basso costo, la finitura e i trattamenti superficiali sono passati da processi spesso “opzionali”  a processi “standard” nella realizzazione dei componenti. Le cause principali di quest'evoluzione sono
1.    Il progresso tecnologico
2.    La differenziazione di prodotto
Il progresso tecnologico e l’introduzione di nuove tecnologie ( si pensi al notevole sviluppo dei rivestimenti quali PVD e CVD, APS, VPS , nichel chimico, cromo duro a spessore, ancoraggi metallo-gomma) ha valorizzato l’importanza dei trattamenti superficiali nei requisiti di utilizzo e resistenza dei materiali  e riporti.
La differenziazione di prodotto invece e’ diventato ormai un requisito competitivo a cui le aziende non possono più rinunciare, si cerca quindi attraverso trattamenti superficiali di “finire” il prodotto allo scopo di valorizzarlo.
Le necessità principali mostrate dai nostri clienti sono:
-    “Industrializzazione” (per le medie-grandi aziende) con risultati ripetitivi in termini di qualità e produttività
-    Adeguatezza dei processi di pallinatura e sabbiatura a non compromettere le caratteristiche geometriche e micro-geometriche dei particolari
-    Grande flessibilità (soprattutto per i terzisti e le aziende di medie dimensioni).
-    Soluzioni eco-compatibili in alternativa all’utilizzo di processi che utilizzano prodotti chimici irritanti, tossici o nocivi.
Le sabbiatrici Norblast possono soddisfare queste esigenze se adeguatamente progettate.


Esempi applicativi
Parleremo poco di pallinatrici, ci concentriamo sui “processi” e sulle “applicazioni”. Vorremmo sottolineare che una sabbiatrice pallinatrice tecnicamente valida può non portare al risultato previsto o desiderato dall’acquirente. E’ divenuta ormai fondamentale la conoscenza del problema e del processo per determinare la fattibilità economica e tecnica.
Le applicazioni qui di seguito riportate fanno parte dell’esperienza che Norblast ha condiviso in collaborazione con i suoi numerosi clienti.
I processi di seguito possono essere applicati sia con sabbiatrici in pressione sia con sabbiatrici in depressione con sistema Venturi. Non sarà possibile specificare alcuni parametri quali le pressioni di esercizio, in quanto questo parametro e’ legato alla conformazione della macchina e al dimensionamento dei componenti.
E’ molto impegnativo elencare tutti i campi di impiego di una pallinatrice, e’ certo più utile dividere i trattamenti in macro-categorie e mostrare alcuni esempi applicativi.
Le macro-categorie che possiamo individuare sono:
1.    Pulizia e rimozione
2.    Finitura superficiale
3.    Sbavatura
4.    Ancoraggio
5.    Rugosità controllata
6.    Asportazione controllata


Esempio 1. Pulizia e rimozione di ossidi di tempra su componenti di acciaio.
La pulizia degli ossidi superficiali, dopo processi di tempra in bagno di sali, può essere attuata efficacemente con utilizzo di corindone (ossido d'alluminio) o microsfera di vetro.
La scelta ricade soprattutto su queste due graniglie per la loro caratteristica velocità di pulizia ed economicità di costo. Quale preferibile tra le due graniglie è una scelta da definire conoscendo le caratteristiche funzionali del pezzo.
Il corindone ha una grande velocità di pulizia, e’ un materiale molto duro (valore 9 in scala Mohs) e molto abrasivo. La scelta errata delle dimensioni della graniglia ( in termine tecnico la “grana” o “granulometria”) può portare però o all’erosione eccessiva del materiale (grana troppo grossa) o ad un processo estremamente lento (grana troppo fine).
La microsfera di vetro è sicuramente consigliata per non avere problemi d’erosione del materiale inoltre, la finitura della superficie ha aspetto più brillante ed esteticamente più bello. Rispetto al corindone ha azione più lenta e si polverizza maggiormente. In questo caso la scelta della grana corretta è dettata dai tempi di processo. Una grana di dimensioni tra 100 e 200 micron per entrambe le graniglie è consigliata.

Esempio 2. Finitura superficiale
La finitura finale in alcuni settori (moda, arredamento, oggetti artistici e di design ma anche settori caratterizzati da alta tecnologia) è così importante da associargli un valore aggiunto molto alto. Consideriamo una applicazione tipica: stampi, componenti oleodinamici.
Il problema maggiore in questi casi non è la finitura ma rendere la superficie dell’oggetto omogenea. Consideriamo un particolare in lega di alluminio che ha subito altre lavorazioni meccaniche prima del trattamento di finitura.
La superficie si presenta con segni di lavorazione meccanica o graffi per la movimentazione.
Il trattamento deve recuperare e uniformare il materiale.
Consigliamo microsfere di vetro o di ceramica, per la caratteristica brillantezza della superficie.
La granulometria delle microsfere influenza la finitura poiché le microimpronte lasciate sul metallo dalle microsfere deviano la luce in modo diverso. Possiamo ottenere superfici quindi con lucentezze diverse. Secondo la profondità dei segni di lavorazione può rendersi necessario alzare la pressione di utilizzazione. Sconsigliamo di utilizzare forti pressioni nei sistemi a pressione diretta per evitare di rovinare il materiale.

Esempio 3. Sbavatura
Siamo arrivati nel campo principale di applicazione della sabbiatura/pallinatura. Ogni officina meccanica, torneria deve fare i conti con la sbavatura dei particolari dopo forature, fresature, alesature etc. I materiali metallici duttili hanno generalmente bave piuttosto evidenti, tenere.
Materiali ferrosi molto duri hanno bave poco evidenti e fragili. 
La presenza della bava è in genere un problema facilmente risolvibile, purtroppo è oneroso.
La sabbiatrice Norblast è certamente uno strumento eccezionale per risolvere a basso costo il problema della sbavatura. Per minuteria metallica in acciaio possiamo risolvere il problema delle bave con diversi tipi di graniglie. Molto utilizzata è la microsfera di vetro o in alternativa il corindone. La microsfera di vetro per bave ben ancorate non riesce a distaccare il truciolo dal pezzo.
Il corindone grazie alla sua azione molto abrasiva aiuta a staccare bave molto ancorate.
La dimensione della graniglia è da scegliere tra i 100 – 200 micron per la microsfera e circa 80 – 150 mesh per il corindone. I tempi di sbavatura in manuale sono nell’ordine di alcuni secondi per pezzo. Sono disponibili pallinatrici automatiche con cestello rotante o sabbiatrici a tappeto mobile che, lavorando con una serie di pistole di sabbiatura e potendo contenere  anche centinaia di pezzi portano la produttività fino a 1-5 pezzi/secondo con operatore non impegnato nel tempo del ciclo.

Esempio 4. Ancoraggio
Abbiamo focalizzato la nostra attenzione su questa applicazione perché chi si occupa di rivestimenti, coatings, verniciatura, non può prescindere da avere un ottimo ancoraggio tra supporto e rivestimento. Questo vale anche alla presenza di vernici tecnologiche e primer ad altissima affinità con il rivestimento.
Ogni tipo di rivestimento ha uno specifico profilo di ancoraggio della superficie che ne ottimizza le prestazioni e la durata. A seconda della tecnologia di rivestimento (verniciatura, processi galvanici, cataforesi, PVD, HVOF ecc..) la rugosità superficiale determina fenomeni distinti, tutti fortemente influenti sulla qualità del prodotto finito. Consideriamo l’esempio seguente.
La verniciatura a spruzzo è sensibile al profilo di ancoraggio della superficie in quanto un profilo troppo liscio (quindi con bassi valori di Ra secondo norme ISO 1997) determina poca superficie di ancoraggio; un profilo molto scabro (alti valori di Ra secondo norme ISO 1997) può causare una mancata copertura del supporto.
Per ottenere una buona superficie d'ancoraggio consigliamo l’utilizzo di graniglie angolari a base di corindone. In alternativa si possono utilizzare per materiali duri e ferrosi , graniglie angolose metalliche (acciaio, ghisa). Se il supporto era stato precedentemente verniciato, si deve ottenere una buona pulizia dei residui ( grado di pulizia minimo pari a SA 2 ½ ) e una buona rugosità di ancoraggio (valori di Ra da 2 a 3 micron) a seconda dello spessore di verniciatura. Diventa fondamentale avere una ottima conoscenza delle sabbiatrici pallinatrici al fine di ottenere una costante produzione nei limiti richiesti dalla tecnologia applicata. E’ necessario avere un buon controllo sulla granulometria della graniglia e sull'uniforme copertura dei componenti da trattare. Infine si deve disporre di strumenti adatti alla misura della rugosità e la competenza per validare i risultati del trattamento in maniera statisticamente controllata.
Un'attenzione particolare è dovuta alla terminologia utilizzata nell’ambito della definizione dei parametri di rugosità a cui attenersi e alle normative di misura utilizzate. In Europa la normativa di riferimento è la ISO 1997 e i parametri più comuni ai quali si fa riferimento sono: Ra, Rz, Ry, Rt (grandezze calcolate in micron).

Esempio 5. Rugosità controllata
La sabbiatura, oltre all'essenziale effetto pulente, provoca sulla superficie dell'acciaio un profilo artificiale (ovvero una superficie rugosa) che, osservato al microscopio, è un disordinato e irregolare susseguirsi di incisioni e protuberanze (valli e picchi). Il profilo, chiamato impropriamente anche "rugosità", contribuisce a migliorare l'ade¬renza della pittura al supporto. Per questo motivo la modificazione artificiale provo¬cata dalla sabbiatura sulla superficie è chiamata "profilo di ancoraggio". Per alcuni rivestimenti può essere importante mantenere entro certi limiti questo pro¬filo di ancoraggio: per i rivestimenti a medio/basso spessore questo profilo deve essere più contenuto, mentre per quelli molto spessi anche le incisioni generate dalla sabbiatura sono consigliate più marcate e più profonde, onde incrementare l'aderen¬za. Da qui nasce l’esigenza di avere un trattamento di rugosità controllata che permetta di ottenere e mantenere nel tempo gli obiettivi preposti. Risulta pertanto utile sapere che la profondità delle incisioni dipende dalla grandezza delle particelle (granulometria),  ma è pure influenzata dalla velocità e dalle caratteri¬stiche fisiche dell'abrasivo (forma, durezza e peso specifico).
A parità di granulometria e di velocità di proiezione, le graniglie metalliche spigolose sono quelle che incidono più profondamente anche sulla bava; seguite, in progressione decrescente, da corindone (ossido d’alluminio), carburo di silicio, loppa ed infine sabbia silicea e lerite. Le "shot" da sole danno un profilo tondeggiante detto "pallinatura" a valli meno mar¬cate. "Shot" e "grit" individuano la forma della graniglia: rispettivamente rotonda e spigolosa. Le forme “grit” visto la loro spigolosità  si prestano bene alla sbavatura.
Un altro aspetto del trattamento è quello di creare superfici con “trama” detta anche a “buccia d’arancia”, utilizzata maggiormente nel trattamento di stampi.

Esempio 6. Asportazione controllata
L’utilizzo di graniglie abrasive unito all’utilizzo di appositi impianti consente il recupero della funzionalità di elementi meccanici come ingranaggi, alberi scanalati e profili con geometrie complesse che hanno subito una mutazione delle dimensioni causate da trattamenti termici, errori di produzione o progettazione. Sottoponendo tali elementi all’azione abrasiva dell’ossido d’alluminio – corindone, può venire ripristinata la forma iniziale grazie all’azione abrasiva del materiale stesso. Un’altra applicazione di questo trattamento è quella di poter asportare materiale da supporti quali ceramica, vetro, plastica e pietre in generale al fine di creare dei bassorilievi artistici utilizzando apposite mascherature. Le esigenze particolari, in termini di portata e di pressione di esercizio, che queste applicazioni richiedono, rendono consigliabile l’uso di sabbiatrici non più funzionanti in depressione ma bensì in pressione.
Nel campo degli utensili il trattamento di asportazione controllata consente di effettuare l’arrotondamento del profilo tagliente “honing”.

“Onatura di inserti in metallo duro per utensili con sabbiatrice automatica"
Si realizza l’onatura di inserti in 5 secondi di trattamento. 
L’impianto automatico di onatura è stato realizzato, per conto di un cliente di rilevanza internazionale specializzato nella costruzione di inserti , dalla società  Norblast di  Bologna. Gli inserti vengono fissati su satelliti rotanti che occupano, in successione, due posizioni di sabbiatura, una posizione di pulizia e una posizione di carico/scarico che  avviene durante l’onatura quindi in tempo mascherato.
La sabbiatrice è gestita con controlli PLC  delle sicurezze, dei cicli di lavoro, della presenza di graniglia. La gestione con ricette impostabili a PLC, la flessibilità di posizionamento pistole, la regolazione della velocità di rotazione degli inserti, il controllo della pressione rendono la macchina flessibile ed affidabile per le diverse tipologie di inserti. Il materiale utilizzato per l’onatura è a base di ossido di alluminio. Il controllo della dimensione della graniglia , fondamentale per assicurare  la ripetitività del processo è automatico e controllato con PLC.  I rilievi del raggio di curvatura del tagliente prima e dopo l’onatura sono stati effettuati presso la società acquirente con apposito strumento rilevatore di profili. La produttività in sede di collaudo su inserti campione si è attestata su 2 inserti in 5 sec. L’impianto è strutturato e progettato anche per renderlo idoneo, in alternativa  alla preparazione superficiale per rivestimenti  con processo  PVD.”

Conclusioni

Abbiamo ora presentato in modo semplice, non dettagliato alcune applicazioni delle sabbiatrici pallinatrici; in genere la necessità di “modificare” l’aspetto di una superficie può trovare in questi processi una possibile ed economica soluzione.
E’ consigliato condurre prove di fattibilità sui pezzi da trattare, per questo Norblast mette a disposizione il reparto Centro Prove dove con sabbiatrici dedicate e personale qualificato si valuta con il cliente la soluzione  tecnico-economica più indicata. Nel campo della sabbiatura/pallinatura molte possibili problematiche, che possono risultare dopo l’acquisto, quali asportazioni eccessive, arrotondamento indesiderato di spigoli, rugosità fuori specifica sono state già state risolte, grazie ad un attento studio del problema e dei processi di lavorazione del cliente. 
Per ottenere risultati soddisfacenti non è sufficiente la manualità e velocità dell’operatore; una mirata sensibilizzazione alla corretta conduzione dell’impianto può risultare in un grande valore aggiunto per le aziende in termini di costi di manutenzione ed economie di processo.