Da quando si è cominciato ad usare in modo massivo i componenti bimetallici nell’industria è nata contemporaneamente la necessità di verificarne la qualità.
Se è vero che un buon processo produttivo, almeno controllato in temperatura, tende a rendere stabile la produzione è anche vero che la variabilità dei materiali stessi, l’usura dei sistemi di produzione e la variabilità delle condizioni possono far derivare facilmente il processo produttivo fino ad arrivare a portare fuori tolleranza il prodotto.
È necessario utilizzare un sistema di controllo della qualità che più o meno frequentemente, a seconda dell’incidenza dei fattori sopra esposti, verifichi, almeno a campione, che il processo produttivo resti nella tolleranza desiderata.
È molto importante considerare che essendo il componente bimetallico una parte del prodotto si può pensare che la verifica di qualità migliore e più semplice sia quella eseguita sul prodotto finale ma questo implica che in caso di scarto facilmente l’intero prodotto sia da scartare o quantomeno da riparare usando altro tempo e risorse aumentando i costi di produzione. La svolta a questa problematica viene con il collaudo del singolo componente bimetallico. La resistenza del mondo industriale a questo tipo di collaudo viene spesso dalla difficoltà a verificare un componente così piccolo per problemi di posaggio e accoppiamento del pezzo e la necessità di preparare velocemente la prova e non in ultimo dalla difficoltà nel rilevarne le caratteristiche che sono sia legate alla meccanica che alla temperatura. Per quanto riguarda la caratteristica relativa alla temperatura si introduce inoltre il problema del riscaldamento cioè la capacità di portare il pezzo alla temperatura di rilievo in tempi brevi e assicurando che la temperatura rilevata sia la stessa di quella del componente al momento del rilievo meccanico.
Per quanto riguardo il tipo di controllo della qualità di un bimetallo il sistema dovrebbe essere progettato in modo da ottimizzare una o più delle seguenti caratteristiche: tempo di collaudo; la quantità di pezzi collaudati per volta; tempo di preparazione della prova di collaudo; precisione con cui verificare le temperature e le misure di deformazione e scatto del bimetallo.
In sostanza il sistema di collaudo deve essere in grado di scaldare e raffreddare il componente e nel contempo rilevarne la deformazione e/o lo scatto. Cominciamo con l’analizzare i vari tipi di riscaldamento del componente e successivamente le soluzioni di rilievo della sua caratteristica meccanica.
Soluzioni di riscaldamento dei componenti bimetallici
La caratteristica principale di un componente bimetallico è la deformazione in temperatura. Per questo motivo il collaudo di un componente bimetallico è tanto più corretto quanto più esatta è la temperatura rilevata sul componente. Il sistema più performante per questa caratteristica è quello in bagno termostatato. I componenti bimetallici nudi infatti non temono l’immersione in liquidi e questi ultimi garantiscono una uniformità di temperatura tra il sensore di rilievo della temperatura e la temperatura effettiva del componente in collaudo più alta che in tutti gli altri casi.
Un altro sistema di riscaldamento è quello ad aria. Questo può essere molto veloce e più pulito di quella in liquido ma non assicura la stessa omogeneità e precisione di temperatura rispetto al bagno termostatico.
In ultimo c’è il sistema di riscaldamento per contatto che però è ancora meno performante se non con tempi di collaudo molto lunghi.
Altri tipi di riscaldamento, come quello per induzione o irradiazione, necessitano di un rilievo di temperatura diretto sul pezzo che però, sia con contatto che senza contatto, non permette precisione e velocità di collaudo.
Soluzioni di rilievo per il collaudo dei componenti bimetallici
Esistono diversi modi di verificare la tolleranza di funzionamento (quote e temperature) di un componente bimetallico. Uno è quello di misurarne la deformazione meccanica in relazione alla variazione di temperatura. Per questo tipo di misurazione il posaggio del pezzo in collaudo deve prevedere una attrezzatura che si adatti a tutti i tipi di prodotti bimetallici da collaudare. Inoltre l’accoppiamento termico tra il pezzo in prova e il sistema riscaldante diventa problematico dovendo avere un punto di riferimento per la misura meccanica e un punto di contatto meccanico per la misurazione. La misurazione senza contatto infatti può essere inutilmente costosa e difettosa a causa della possibile differenza di rifrazione del metallo e della sua curva di imbutitura per quelle industrie che ne producono differenti tipi. Questa soluzione, oltre a creare problemi di spazio, prevede anche un sistema di acquisizione veloce. Per contro può mostrare con più dettaglio la curva di deformazione rispetto al tempo. Questo, anche se può risultare un costo eccessivo rispetto all’informazione ricavata, può essere molto utile in fase di sviluppo del prodotto. Utile quindi più per un laboratorio di ricerca e sviluppo che per la produzione stessa. Il sistema di rilievo diretto della quota di deformazione meccanica è invece indispensabile per quegli elementi bimetallici per i quali non è previsto un punto di scatto con rapida variazione della quota.
Un altro sistema di rilievo in collaudo, valido solo per quegli elementi bimetallici per i quali è previsto un punto di scatto (come i dischi bimetallici), è quello di rilevare la vibrazione di scatto in relazione alla temperatura. Questo sistema risulterebbe molto pratico ed economico rispetto all’acquisizione della quota, ha solo il difetto di non trovare facilmente un sensore adeguato in quanto rilevare la vibrazione dello scatto a distanza (tipo microfono) potrebbe essere fortemente influenzato dall’ambiente circostante e necessiterebbe comunque di una forte amplificazione (specie per i dischi di diametro più piccolo) mentre un sistema di rilievo delle vibrazioni a contatto risulterebbe di difficile accoppiamento con il bimetallo per non influenzarne la meccanica di deformazione.
BNC Automazione ha risolto i problemi di precisione della temperatura, velocità di preparazione della prova di collaudo ed elevato numero di pezzi da provare contemporaneamente creando un sensore particolare che si accoppia meccanicamente in contatto con la parte di bimetallo che non è interessata dalla deformazione non interferendo quindi con la deformazione meccanica. Questo sensore, costituito da una pressella a chiusura invertita con innestato al suo interno con un particolare elemento sensibile, permette di rilevare il momento preciso dello scatto, sia in riscaldamento che in raffreddamento, di dischi bimetallici da un diametro minimo di 12 mm fino a 20 mm o più.
Il sensore della BNC può essere immerso per parte della sua lunghezza permettendo di immergere totalmente e a una buona profondità (circa 5 cm) il disco bimetallico. Il collaudo in liquido smorza minimamente la vibrazione di scatto ma il sensore BNC riesce comunque a rilevare lo scatto anche per dischi diametro 12 mm. La particolare conformazione a pinzetta permette di collaudare in poco spazio una buona quantità di pezzi potendo concentrare nello spazio di una pinzetta posizionata in verticale sia il posaggio del pezzo che il sistema di rilievo.
Quanto sopra descritto evidenzia che il riscaldamento del pezzo può essere eseguito sia tramite aria che a bagno in liquido dando sia la possibilità di avere un riscaldamento più pulito (aria) che più preciso (liquido). Sarebbe possibile anche il riscaldamento tramite induzione o irradiazione ma rimane comunque sconsigliato per le motivazioni descritte nelle “Soluzioni di riscaldamento dei componenti bimetallici”.
BNC Automazione ha realizzato diversi banchi di collaudo per il controllo qualità di prodotti aventi come componente un disco bimetallico tra cui un banco con bagno termostatato che permette di collaudare contemporaneamente una quantità cospicua di pezzi (da poche unità a diverse decine a seconda della richiesta) e rilevare con precisione la temperatura di scatto del pezzo in prova. Il sistema permette di validare la produzione dei dischi bimetallici verificando sia la temperatura dello scatto in andata (riscaldamento) che in ritorno (raffreddamento) e tramite il loro differenziale stabilire anche la qualità dell’imbutitura del disco.
Se i banchi di collaudo che verificano lo scatto tramite il rilievo della quota di deformazione del bimetallo sono forniti da BNC Automazione soprattutto per i laboratori di ricerca e sviluppo, il banco costituito dal bagno termostatico e dai sensori di scatto a vibrazione è più adatto alla verifica in produzione. Un sistema di controllo così proposto evita l’inutile spreco di scarti di prodotto assemblato collaudati al 100% a fine linea, condizione necessaria per molti produttori a cui viene richiesta la verifica di produzione al 100%, o per coloro che la eseguono per politica interna. Inoltre indica una valida statistica di collaudo potendo gestire più dischi per ogni collaudo.
Conclusioni
Ricapitolando i banchi di collaudo di BNC Automazione dei componenti bimetallici sono adatti sia ai controlli e studi di laboratorio che al collaudo in produzione. Permettono un grande risparmio di tempo identificando in modo sicuro le caratteristiche medie del componente bimetallico in produzione fornendo la possibilità di impostare il ciclo produttivo, sia in creazione che in parametrizzazione, velocemente e con dati precisi.
I banchi dispongono inoltre di una interfaccia uomo-macchina chiara e intuitiva sia nella parte di impostazione che in quella di analisi dei dati raccolti.
La preparazione della prova è facile e veloce lasciando poco spazio agli errori umani che vengono minimizzati dalle caratteristiche del sistema.
Si può scegliere tra metodi di riscaldamento del componente in collaudo differenti (aria o liquido) mantenendo comunque la compattezza del sistema.
Infine i banchi possono essere dedicati a diversi tipi di componenti bimetallici e secondo la valutazione del cliente.