Sbavatura e pulizia dell’albero a camme: 66 secondi per due parti a 3 mg

Panoramica

Un albero a camme è un lungo albero snello dotato di una serie di profili camme rettificati con tolleranza misurata in centesimi di millimetro. Dopo la foratura, è inoltre un componente dotato di fori per l’olio che intersecano i perni e di sbavature situate esattamente dove l’olio deve fluire.

La sbavatura rappresenta quindi un problema diverso rispetto alla sbavatura di un blocco o di una scatola. La sbavatura è piccola, ma la superficie adiacente è il profilo finito: pertanto, un pennello o un utensile che rimuove la sbavatura toccando la camma genera un pezzo da scartare. Anche la pulizia costituisce un problema diverso, poiché i fori per l’olio sono piccoli e l’albero non può essere allagato dall’esterno.

La cella descritta qui esegue entrambe le operazioni in un unico involucro in 66 secondi per due parti, mantenendo ciascuna parte a o al di sotto di 3 mg. Big Bird Industrial (in precedenza Shimada Big Bird Industrial) costruisce sistemi per la pulizia e la sbavatura di componenti del powertrain automobilistico dal 2001, e la configurazione segue le linee di produzione per alberi a camme piuttosto che un’impostazione da laboratorio.

1. Cosa rende diverso un albero a camme

Due caratteristiche distinguono un albero a camme dagli altri pezzi da sbavare: è slanciato e la sua superficie funzionale è difficile da raggiungere senza toccarla.

Un pezzo slanciato che si flette

Un albero a camme sorretto alle due estremità si flette sotto il proprio peso e sotto qualsiasi forza di serraggio. Ciò è rilevante perché la sbavatura richiede contatto, e il contatto su un albero slanciato modifica la geometria ottenuta mediante rettifica. Sorreggerlo in più di due punti ed applicare gli utensili con una forza controllata, anziché basandosi esclusivamente sul controllo della posizione, permette di preservare inalterato il profilo.

Il profilo è il riferimento

Su un blocco, la superficie adiacente alla bava è solitamente una faccia di fusione generale con tolleranze ampie. Su un albero a camme, la superficie adiacente alla bava è la camma, e la camma è la ragione stessa dell'esistenza del componente. Ogni metodo di sbavatura deve essere valutato in base alla sua capacità di rimuovere materiale dal bordo senza alterare la superficie adiacente.

2. Dove si trovano effettivamente le bave

Le bave sugli alberi a camme si concentrano in un numero limitato di posizioni, e ciascuna richiede un trattamento specifico.

Intersezioni dei fori lubrificanti

Ogni foro lubrificante fresato sfocia in un perno o su un fianco della camma, e il bordo di uscita presenta una bava sulla parte interna del foro. Tale bava è la più dannosa sul componente, poiché si stacca e viene trascinata dal flusso d'olio fino a una superficie di contatto con un cuscinetto. È inoltre la più difficile da raggiungere, poiché si trova all'interno di un foro che può avere un diametro di soli pochi millimetri.

Bordi delle camme e cave di chiavetta

I bordi laterali di una camma rettificata presentano una sottile bava derivante dalla rettifica; una linguetta o un registro per pignone presentano invece una bava più marcata derivante dalla fresatura. La bava sottile può essere rimossa con una spazzola; quella più marcata richiede uno strumento, il quale deve avvicinarsi al bordo da una direzione che non entri in contatto con il fianco.

3. Sbavatura senza contatto con il profilo

Il metodo deve rimuovere materiale da un bordo lasciando intatta la superficie adiacente; sui cammi queste due superfici distano solo pochi millimetri.

Controllo della forza anziché controllo della posizione

Un robot guidato in posizione spingerà la spazzola contro la camma con una forza determinata dall’eventuale errore di posizionamento. Un robot con controllo della forza segue il bordo applicando una forza di contatto definita, mantenendo così la spazzola sullo sbavo indipendentemente dalla posizione effettiva della superficie rettificata. Su un componente snello, questa differenza è quella tra una camma sbavata correttamente e una camma scartata.

Sbavatura a umido nella stessa cella

Eseguire la sbavatura all’interno della cella di pulizia, con l’operazione completamente allagata, consente di trattenere i frammenti nel liquido anziché disperderli nell’aria. Ciò è ancora più importante su una camma rispetto su un blocco, poiché i frammenti sono molto fini e i fori dell’olio si trovano vicino alla zona in cui opera la spazzola.

4. Pulizia dei fori dell’olio

Un foro per l’olio sull’albero a camme è piccolo, spesso inclinato ed esce su una superficie che deve rimanere pulita. Spruzzare l’albero dall’esterno lo bagna senza però pulire i fori.

Pulizia attraverso il foro

L’approccio efficace consiste nell’immettere del liquido nel foro in modo che fuoriesca dall’uscita trascinando con sé il frammento di bava. Ciò richiede una punta che sigilli l’ingresso oppure una sonda che vi penetri, nonché una pressione sufficientemente elevata da spingere un frammento contro la parete di un foro di piccolo diametro.

Perché l’ordine è fondamentale

Pulire prima della sbavatura è un lavoro inutile, poiché la sbavatura genera i frammenti. Pulire dopo la sbavatura ma prima del risciacquo lascia i frammenti nei fori dell’olio fino al risciacquo, che li diluisce soltanto. La sequenza corretta è: sbavatura, pulizia, risciacquo, asciugatura; la fase di pulizia deve avvenire con un liquido filtrato separatamente, in modo da non reintrodurre i residui del pezzo precedente.

5. Il ciclo a due fasi di 66 secondi

La cella esegue due alberi a camme per ciclo in 66 secondi, mantenendo il pezzo a o sotto i 3 mg. Il fatto che vengano elaborati due pezzi per ciclo non è casuale né legato alle dimensioni della macchina: esso bilancia il tempo di sbavatura con il tempo di pulizia, in modo che nessuna delle due fasi debba attendere l’altra.

Perché l’accoppiamento funziona su un pezzo snello

Un albero a camme occupa poco volume rispetto alla sua lunghezza, quindi una camera dimensionata per uno solo risulta per lo più vuota. Caricarne due, supportati alle estremità e separati tra loro, sfrutta tale volume senza aumentare le dimensioni della camera, migliorando così la produttività per unità di involucro anziché per unità di energia.

Cosa determina i 66 secondi

Il ciclo è determinato dal movimento di sbavatura, non dal lavaggio. Un pennello che segue diversi lobi e diverse uscite dei fori dell’olio su due alberi richiede un programma lungo, mentre le fasi di lavaggio sono più brevi della fase di sbavatura. Questa distribuzione spiega perché una cella per alberi a camme ha aspetto diverso da una cella per carter, dove invece il lavaggio è prevalente.

6. Verifica

La verifica su un albero a camme comprende due parti spesso confuse: la presenza di bave e la pulizia. Un componente può essere privo di bave ma non rispettare il limite di massa, poiché i frammenti derivanti dalla sbavatura sono ancora presenti all’interno del foro dell’olio. Allo stesso tempo, un componente può rispettare il limite di massa ma presentare comunque una bava che si staccherà successivamente.

La verifica pratica consiste in un controllo visivo, effettuato con ingrandimento, dei bordi specificati, abbinato a una misurazione dell’interiorità del foro dell’olio che confermi il superamento del test di scorrimento. Verificare esclusivamente l’esterno dell’albero significa controllare una superficie che il cliente non vedrà mai. Sull’albero a camme, inoltre, i due controlli vengono eseguiti in momenti diversi: il controllo dei bordi può essere effettuato sul primo pezzo di un lotto, mentre il controllo di scorrimento viene eseguito su campioni prelevati dalla metà e dalla fine del lotto, poiché una spazzola che si usura durante il ciclo di lavorazione modifica ciò che raggiunge i fori.

Domande frequenti

È possibile eseguire la sbavatura degli alberi a camme sulla stessa macchina utilizzata per i blocchi?

Raramente nello stesso ciclo. Una cella a blocchi utilizza alta pressione e grande portata su una parte pesante, mentre un albero a camme richiede utensili a controllo di forza su una parte snella. Possono condividere un edificio e una filosofia di filtrazione, non però una camera.

Come viene protetta la camma dallo spazzolino?

Controllando la forza di contatto anziché la posizione e scegliendo uno spazzolino con rigidità sufficientemente bassa da non lasciare segni su una superficie rettificata a tale forza. Le due impostazioni vengono scelte congiuntamente.

È realistico un valore di 3 mg per un pezzo di questa lunghezza?

È realistico quando i fori dell’olio vengono sottoposti a spurgo anziché a spruzzo e quando il circuito di risciacquo è mantenuto separato. La maggior parte dei guasti sugli alberi a camme deriva dai fori, non dalla superficie esterna.

Cosa limita il tempo di ciclo?

Il programma di sbavatura. Seguire diverse camme e diverse uscite di foro con uno strumento a controllo di forza richiede più tempo rispetto al lavaggio dello stesso pezzo, il che è l’opposto di quanto avviene in una linea per carter.

Conclusione

Un albero a camme viene sgrassato contro una superficie finita anziché contro una grezza, ed è proprio questo a vincolare il metodo. Gli strumenti a controllo di forza, il funzionamento a umido e il lavaggio di ciascun foro dell’olio sono le tre scelte che rendono funzionante una cella combinata.

La specifica deve indicare i bordi da sgrassare, i fori dell’olio da lavare, il limite di pulizia e l’unità di ciclo. Una cella per alberi a camme quotata come due pezzi per ciclo in 66 secondi è confrontabile soltanto se la seconda cifra viene indicata insieme ad essa. Lo stesso vale per una cella quotata a tre milligrammi, poiché la zona cui si riferisce tale valore è altrettanto importante del valore stesso. Una misura effettuata sull’esterno dell’albero descrive una parte diversa rispetto a una misura effettuata all’interno dei fori dell’olio.