La pallinatura spiegata – Definizione, processo e altro ancora

La pallinatura è un processo di lavorazione a freddo che altera le proprietà meccaniche sulla superficie del metallo e crea uno strato di tensione residua compressiva. Il suo scopo principale è quello di prevenire la diffusione di microcricche su una superficie. La pallinatura migliora anche la resistenza alla fatica, la forza e la durata di un materiale, rendendola efficace per aumentarne la vita utile.

Processo di pallinatura

La pallinatura è un processo di lavorazione a freddo che sottopone la superficie del materiale a deformazione plastica, utilizzando dei mezzi di pallinatura. Il processo utilizza dei mezzi di pallinatura che generalmente si presentano sotto forma di sfere di acciaio, ceramica o vetro. Questi media vengono bombardati sulla superficie del pezzo ad alta velocità, generando una forza sufficiente a comprimere la superficie e a creare piccole rientranze. Converte la tensione residua di trazione in una benefica tensione residua di compressione, che migliora la resistenza del materiale sotto carico.

L’applicazione dei mezzi di pallinatura può essere effettuata con aria compressa o con una turbina a ruota. Il principio della pallinatura rimane lo stesso con entrambi i tipi di apparecchiature. Fattori come la copertura, l’intensità, l’angolo e la qualità dei pallini hanno un impatto molto più elevato sulla conversione delle sollecitazioni di trazione in sollecitazioni residue di compressione rispetto al tipo di processo scelto.

Ogni particella di pallini colpisce la superficie del componente a circa 30-100 m/s, incastrando lo strato con tensioni residue di compressione. La deformazione plastica, consentita dalla pallinatura, può anche correggere la rugosità superficiale di un pezzo. Migliaia di impronte comprimono e rafforzano il metallo, rendendolo più resistente alla rottura. Un componente correttamente pallinato durerà più a lungo e avrà capacità di carico massime più elevate. Una pallinatura eccessiva, però, può indurre una lavorazione a freddo eccessiva, che può portare a cricche da fatica e a una minore resistenza alla fatica.

Un Test a strisce di Almen può essere eseguito durante il processo di pallinatura per misurare l’intensità di ogni particella di pallini. Questo test utilizza una striscia piatta bombardata da un flusso di pallini che di solito viene regolato attraverso un regolatore di flusso di pallini. Un calibro di Almen misura la curvatura della striscia, che determina l’intensità.

Separatori sono utilizzati per il recupero dei media usati e la rimozione dei frammenti di pallini. Alimentatori sostituire il numero di supporti danneggiati per il funzionamento.

Altri utilizzi di questo processo sono la pallinatura di formatura, un metodo in cui il componente viene leggermente piegato dalla forza applicata. Può essere utilizzato per pannelli sottili, pelli e flap alari. La pallinatura può essere utilizzata anche per la correzione della distorsione che ha l’obiettivo di appiattire le superfici (all’opposto della formatura).

La pallinatura portatile o pallinatura a lembo viene utilizzata per aree o riparazioni estremamente difficili (soprattutto aerei). Consiste in una matrice di kevlar con un lembo di sfere che vengono spinte pneumaticamente o elettricamente verso l’area interessata.

Mezzi di pallinatura

Esistono varie forme di mezzi di pallinatura utilizzati per generare sollecitazioni di compressione sulla superficie del materiale. Ognuno di essi ha un proprio valore HRC (Scala di durezza Rockwell C) che influisce sulla quantità di forza applicata alla superficie.

• Pallini di acciaio fuso (40 ~ 50 HRC) hanno una forma metallica rotonda e sono realizzati con rottami e leghe di acciaio che vengono fusi a ~1650°C (3000°F). Per la produzione di questi proiettili d’acciaio si ricorre alla tempra, al rinvenimento e ad altri trattamenti termici per ottenere la durezza desiderata. I pallini in acciaio fuso sono adatti alla maggior parte delle intensità di pallinatura di componenti metallici ferrosi e non ferrosi. Il principale svantaggio dei pallini fusi è che possono frantumarsi in frammenti d’acciaio taglienti ad alta velocità/forza, danneggiando il componente.
• Colpi di ceramica (57 ~ 63 HRC) sono pillole composte da circa il 67% di biossido di zirconio, il 31% di silice e il 2% di ossido di alluminio. Hanno una densità e una durezza estremamente elevate, che le rendono ottimali per aumentare la durezza superficiale dei metalli non ferrosi, come le leghe di alluminio e titanio.
• Perle di vetro (40 HRC) si ottengono dalla calce sodata, che può provenire da rottami di vetro. Il vetro viene frantumato, fuso e formato in sfere. Le sfere di vetro sono utilizzate principalmente per alluminio, magnesio, titanio e altri metalli ferrosi. La pallinatura con microsfere di vetro può essere utilizzata come processo secondario alla pallinatura dell’acciaio, per rimuovere il ferro dalla superficie e migliorare la levigatezza del pezzo.
• Pallinatura con filo tagliato (50 ~ 60 HRC) sono cilindrici con bordi arrotondati e sono omogenei nella loro composizione. Una graniglia di filo tagliato si ottiene da un filo da taglio diviso in lunghezze uguali rispetto al diametro del filo. Questo tipo di media di pallinatura è molto popolare grazie alla bassa contaminazione superficiale, alla durezza solida e uniforme e all’assenza di polvere. Viene utilizzato per applicazioni ferrose e non ferrose, ma è escluso quando sono necessari pallini di piccole dimensioni. Lascia un’intensità di pallinatura costante sulla superficie ed è infrangibile, a differenza di altri media. I pallini di filo tagliato possono essere in alluminio, acciaio al carbonio, rame, acciaio inox e zinco.

Considerazioni sui media di pallinatura

Ci sono diverse variabili da considerare nella scelta dei materiali di granigliatura, a parte il loro tipo. Queste considerazioni vengono fatte rispetto alle proprietà del pezzo e al risultato desiderato.

• Velocità della pallinatura
• Flusso del colpo
• Dimensione del colpo
• Durezza del colpo
• Condizionamento
• Tempo di esposizione

Altri parametri da considerare sono generalmente associati all’apparecchiatura di pallinatura utilizzata. I sistemi di granigliatura ad aria, ad esempio, devono tenere conto della velocità dell’ugello, mentre i sistemi centrifughi devono considerare la velocità della ruota.

Metodi di pallinatura

Esistono due metodi principali per inviare i mezzi di pallinatura alle superfici metalliche:

1. Sistemi di granigliatura ad aria compressa espellono i materiali attraverso un ugello diretto verso la superficie mirata, utilizzando aria compressa ad alta pressione. Le particelle sparate viaggiano attraverso l’ugello ad alta velocità, mirando efficacemente all’area da pallinare con grande precisione.
2. Granigliatrici centrifughe utilizzano una ruota a pale ad alta velocità per bombardare la superficie metallica. Il materiale da bombardare viene introdotto al centro della ruota rotante e viene spinto verso l’area mirata sul pezzo da lavorare dalle ruote a pale che utilizzano la forza centrifuga.

Esistono tuttavia altri metodi, come ad esempio pallinatura laser ad urto, la pallinatura a ultrasuoni e la pallinatura a umido, che vengono utilizzate per applicazioni specifiche.

Applicazioni della pallinatura

La pallinatura è ampiamente utilizzata per aumentare la resistenza alla fatica, comprese le cricche da corrosione sotto sforzo, l’erosione da cavitazione, la corrosione intergranulare e anche la resistenza ai cicli di carico ripetitivi. La zona sollecitata in modo compressivo comprime i confini dei grani del metallo, minimizzando la quantità di fretting, galling, spalling e usura sul pezzo.

Le sollecitazioni di compressione che resistono alla fatica del metallo aiutano a prevenire la propagazione di cricche sulla superficie del materiale. Le sollecitazioni di trazione all’interno del materiale non sono altrettanto problematiche, poiché è molto meno probabile che le cricche inizino a propagarsi dall’interno del materiale.

Molti settori come quello automobilistico, aerospaziale, della produzione di macchinari e medico utilizzano il processo di pallinatura, in quanto è un modo economico e pratico per migliorare la durata a fatica di un componente. Molle, ingranaggi, alberi a camme, trapani e pale di turbine sono sottoposti a questo processo di lavorazione a freddo per ottenere la resistenza ai carichi ciclici. La pallinatura rimuove i detriti e leviga le superfici delle teste dei cilindri e dei blocchi motore. La granigliatura può essere utilizzata anche per incorporare rivestimenti superficiali nel materiale, attraverso un liquido o una polvere.

Pallinatura vs Granigliatura

La pallinatura e la granigliatura sono due metodi diversi che hanno scopi diversi. Questi due metodi possono sembrare simili, in quanto entrambi utilizzano mezzi a pallini ad alta velocità, ma le tecniche differiscono per diversi aspetti.

Pallinatura viene utilizzata per migliorare le proprietà meccaniche del materiale, aumentandone la resistenza, riducendo al minimo il rischio di rottura. L’obiettivo del materiale di ripresa è quello di aumentare la durata della fatica., molto meno che migliorare l’estetica. La pallinatura può essere utilizzata per incorporare rivestimenti e lubrificanti ai metalli per ottenere il rivestimento superficiale desiderato.

La granigliatura viene utilizzata per la preparazione di altri trattamenti superficiali. come il trattamento termico e la verniciatura. Migliora la struttura della superficie del materiale, eliminando le ammaccature o le imperfezioni che a volte possono sorgere durante la produzione. I media utilizzati in un flusso di granigliatura sono generalmente più abrasivi rispetto alla pallinatura. La granigliatura può anche utilizzare altri mezzi abrasivi come il carburo di silicio, le scorie di rame e l’ossido di alluminio per ottenere la finitura superficiale desiderata.

Un pezzo può essere sottoposto a entrambi i processi nella procedura di produzione, se richiesto dal progetto.

Conclusione

La pallinatura migliora efficacemente la vita a fatica, la resistenza e la durata dei componenti metallici. Le tensioni residue di compressione indotte sulla superficie del materiale lo rendono significativamente più resistente alla corrosione, all’innesco di cricche e all’usura. Si tratta di un metodo essenziale utilizzato da diverse industrie, perché è preciso, veloce, affidabile e piuttosto economico.