Distensione e planarità: perché un basamento lavorato si muove

Perché i basamenti macchina saldati si muovono dopo la lavorazione, distensione termica e per vibrazione a confronto e come scrivere un requisito di planarità.

Un basamento macchina non è finito quando esce dall’alesatrice. È finito quando è ancora piano sei mesi dopo, imbullonato nello stabilimento di un cliente. Tutto questo articolo riguarda la differenza tra quei due momenti.

Da dove viene il movimento

La saldatura è un riscaldamento locale e violento seguito da un raffreddamento rapido. Il metallo attorno a ogni cordone si contrae contro materiale che non è libero di muoversi, e ciò che non può muoversi diventa tensione residua bloccata. Una struttura saldata finita può essere dimensionalmente perfetta ed essere comunque piena di energia accumulata.

La lavorazione meccanica poi la libera. Ogni passata asporta materiale che sosteneva parte di quell’equilibrio, e la struttura si rilassa in una nuova forma. Un basamento misurato piano sulla tavola esce di tolleranza durante la notte. I getti hanno una versione più lieve dello stesso problema, dovuta al raffreddamento non uniforme nella forma.

Quindi la domanda non è mai se il pezzo si muoverà. È se si muove prima o dopo la lavorazione.

I due metodi

Distensione termica. La struttura entra in un forno, viene portata a una temperatura di mantenimento ben al di sotto di qualsiasi punto di trasformazione, mantenuta lì e raffreddata lentamente in modo controllato. A quella temperatura l’acciaio scorre leggermente e i picchi di tensione residua si riducono. È il metodo a cui ricorrono le specifiche, è ampiamente documentato e produce un diagramma da archiviare.

I costi sono reali: un forno abbastanza grande per il pezzo, le movimentazioni con la gru, la coda dietro altri lavori e la scaglia in superficie che poi va rimossa con la sabbiatura. Per un basamento grande, la disponibilità del forno è spesso la singola voce più lunga nei tempi di consegna.

Distensione per vibrazione. La struttura viene bloccata, strumentata ed eccitata alle proprie frequenze di risonanza per un tempo stabilito. I picchi di tensione si ridistribuiscono invece di scomparire. Richiede ore invece di giorni, costa una frazione di un ciclo in forno, non ha bisogno di un forno e non lascia scaglia.

È usata ampiamente e con successo sui telai delle macchine. Non è però accettata ovunque, e alcuni sistemi qualità non la riconoscono. È una decisione di specifica, non una preferenza tecnica da lasciare all’officina.

La sequenza che funziona

Su qualsiasi basamento in cui le superfici lavorate contano:

1. Saldare la struttura.
2. Distendere.
3. Sgrossare, lasciando sovrametallo su ogni superficie funzionale.
4. Distendere di nuovo.
5. Finire.

Il secondo ciclo è quello che si elimina per risparmiare, ed è quello che impedisce al pezzo di muoversi dopo la consegna. Sui lavori non critici un unico ciclo dopo la saldatura è prassi normale, ma dica cosa sta acquistando.

Anche lasciare riposare il pezzo tra sgrossatura e finitura aiuta, e non costa altro che spazio a terra e pazienza.

Scrivere un requisito di planarità che abbia senso

«Piano entro 0,05» su un disegno non è una specifica. Manca tutto ciò che rende il numero misurabile.

Un requisito utilizzabile indica:

• Quale superficie. Ogni piano lavorato separatamente, oppure l’intera faccia superiore come un’unica superficie.
• Su quale lunghezza. 0,05 mm su 300 mm e 0,05 mm su 2000 mm sono lavori molto diversi.
• Rispetto a quale riferimento. Parallelismo e perpendicolarità non hanno senso senza un riferimento, e la grammatica per scriverli è la quotatura geometrica e tolleranze (GD&T), codificata nella ISO 1101 e nella ASME Y14.5. Scelga il riferimento che corrisponde a come la macchina viene assemblata e a come poggia sui suoi piedi.
• Misurato come. Riga e spessimetro, livella di precisione, laser, CMM. Ognuno ha una risoluzione diversa e un prezzo diverso.
• Misurato quando e dove. Sulla macchina dopo la lavorazione, oppure su un piano in una sala metrologica a una temperatura dichiarata. Una grande struttura in acciaio cambia dimensioni con la temperatura ambiente, e su un basamento di due metri non è un errore di arrotondamento.
• Appoggiato come. Un basamento misurato su tre punti dà letture diverse dallo stesso basamento su sei. Lo dichiari, altrimenti sta misurando come è stato appoggiato.

Inserisca questi sei elementi e le offerte di officine diverse diventano confrontabili per la prima volta.

Quanto le costa

Stringere la planarità non è lineare. Passare da 0,10 mm a 0,05 mm su un metro significa di solito un’altra passata. Passare da 0,05 mm a 0,02 mm può significare un’altra macchina, un piazzamento in più, un reparto climatizzato e un secondo ciclo di distensione, e il prezzo si muove di conseguenza.

Quindi specifichi ciò di cui la macchina ha davvero bisogno. Guide appoggiate su una piastra inghisata non richiedono ciò che richiede un telaio di metrologia. I disegni più costosi che vediamo sono quelli in cui una tolleranza standard è stata applicata a ogni superficie perché nessuno ha chiesto quali contassero.

Prima di inviarlo

Contrassegni le superfici funzionali, indichi i riferimenti, dichiari il metodo di distensione e se vuole il diagramma, e specifichi quali documenti di collaudo si aspetta con la fornitura. Quella singola pagina di note vale più di un’altra settimana di e-mail.

Invii il disegno e le diremo quali officine sono in grado di rispettarlo. Se sta ancora scegliendo la costruzione, cominci da ghisa contro acciaio saldato.

Domande frequenti

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