Difetti di laminazione (bave, deformazioni, graffi): criteri di accettazione

A pila di laminazione A prima vista sembra semplice. Una pila di sottili lamiere d’acciaio, punzonate nella stessa forma, incollate o fissate con morsetti attorno a un’anima per formare un motore, un trasformatore o un generatore. Ma la differenza tra una pila che funziona senza surriscaldarsi per quindici anni e una che si surriscalda nel giro di diciotto mesi spesso sta proprio in difetti che si riescono a malapena a vedere senza una lente d’ingrandimento.

Questa guida illustra i tre difetti che ricorrono più spesso nei rapporti di ispezione — bave, deformazioni e graffi — e gli aspetti su cui si discute effettivamente quando una spedizione viene respinta. L’attenzione è rivolta a ciò che un ingegnere della qualità deve approvare, non alle definizioni da manuale.

Perché i difetti di laminazione sono più importanti del numero di fogli

Lo scopo principale della laminazione di un nucleo è quello di interrompere i percorsi delle correnti parassite. Ogni lamella è isolata da quella adiacente, solitamente tramite un sottile rivestimento, a volte semplicemente grazie all’ossido superficiale. La corrente che avrebbe circolato liberamente attraverso un blocco solido viene frammentata in piccoli circuiti chiusi, con conseguente riduzione delle perdite.

Ogni difetto presente in questo elenco compromette in qualche modo tale principio. Una bava può collegare due lamine e causarne il cortocircuito. La deformazione crea intercapedini d’aria che compromettono il fattore di impilamento. Un graffio danneggia l’isolamento e provoca lo stesso effetto di una sbavatura, solo da una prospettiva diversa. Pertanto, gli standard di accettazione non sono di natura puramente estetica. Sono un indicatore della capacità dell’anima di mantenere il valore di perdita previsto una volta alimentata.

Tenetelo presente, perché questo spiega perché le tolleranze sono più strette di quanto la sola geometria lascerebbe supporre.

Il processo di taglio cambia tutto

Prima ancora di indicare una sola tolleranza, c’è una domanda che determina l’andamento del resto della conversazione: come è stata tagliata la lamiera? Un limite che risulta ragionevole per un determinato processo può risultare impossibile o inutile per un altro.

• Punzonatura con stampi progressivi è il cavallo di battaglia in termini di volume. Produce la classica bava che aumenta con l'usura dell'utensile, pertanto i suoi standard di accettazione si basano sull'altezza della bava e sulla sua variazione nel corso di una serie di lavorazioni.
• Taglio laser non lascia quasi nessuna bava meccanica, ma riscalda il bordo di taglio. L’attenzione si sposta quindi sulla zona termicamente alterata, che può compromettere localmente le proprietà magnetiche e, sul bordo, aumentare le perdite. Si misurano lo stato del bordo e il grado di bruciatura, piuttosto che l’altezza della bava.
• Elettroerosione a filo garantisce un bordo eccezionalmente pulito con bave trascurabili; viene utilizzato per prototipi e anime di altissima precisione. In questo caso la questione riguarda lo strato di rifusione e il costo, non le bave.

Anche il metodo di incollaggio e di impilamento è altrettanto importante:

• Nuclei autoadesivi (backlack), induriti mediante calore e pressione, non tollerano alcuna contaminazione superficiale né graffi al rivestimento, poiché l’incollaggio e l’isolamento condividono la stessa superficie.
• Pile con incastro (a incastro) e saldate tollerano meglio determinati segni superficiali, ma comportano un rischio di cortocircuito locale in corrispondenza del giunto.

Le tabelle che seguono si basano sulla punzonatura convenzionale con stampi progressivi e con una pila di lamiere fissata o interbloccata, poiché si tratta del caso più comune. Modificando il processo, si modificano di conseguenza anche i criteri di accettazione.

Bave: il difetto che tutti misurano per primo

Una bava è il bordo metallico rialzato che sporge dal bordo punzonato. Si forma durante la tranciatura e le sue dimensioni aumentano man mano che il punzone e la matrice si consumano. Gli utensili nuovi garantiscono una zona di frattura pulita, praticamente priva di bave. Un utensile alla fine del suo ciclo di vita produce invece un bordo arricciato di acciaio che sporge dalla superficie.

Perché questa ossessione per le sbavature? Due motivi. Primo, aumentano lo spessore. Se si impilano mille laminati, anche una sbavatura di 15 micron per foglio si traduce in 15 millimetri di lunghezza in più della pila che non svolge alcuna funzione magnetica. In secondo luogo — ed è proprio questo il motivo per cui il prodotto si guasta sul campo — le sbavature perforano l’isolamento interlaminare e creano cortocircuiti tra i fogli adiacenti. Ne consegue un surriscaldamento localizzato. Poi si forma un punto caldo. Infine, si verifica un guasto che sembra un problema al cuscinetto, ma che in realtà ha avuto origine nella punzonatura.

Accettabilità dell'altezza della bava

La maggior parte delle specifiche collega l'altezza consentita della bava allo spessore della lamiera, anziché indicare un valore fisso valido per tutti i casi; tale valore si aggira solitamente intorno a 5–10% dello spessore del materiale e viene ridotto per gli acciai di alta qualità più sottili. La tabella sottostante illustra gli intervalli comunemente accettati nel settore per l'acciaio elettrico punzonato.

Tali soglie vengono generalmente verificate in base al quadro di riferimento per le prove sull’acciaio elettrico e sui materiali magnetici previsto dal Serie IEC 60404 (metodi di misurazione dei materiali magnetici) e i corrispondenti ASTM A34/A343 metodi, con la condizione del rivestimento isolante valutata in base a ASTM A976 classificazione. Gli acquirenti che operano sulla base di disegni europei vedranno spesso gli stessi requisiti espressi tramite EN 10106 / EN 10126 specifiche di qualità. Il valore esatto da applicare è quello indicato nel disegno del componente e nello standard di accettazione concordato; i riferimenti sopra citati definiscono come per misurare e classificare, non un numero universale.

È proprio la misurazione stessa a mettere in difficoltà le persone. Non si valuta una bava a occhio nudo. Un misuratore di altezza calibrato, un profilometro laser o un profilometro a stilo, utilizzati perpendicolarmente al bordo di taglio, forniscono un valore ripetibile. Il campionamento segue solitamente uno schema che prevede il prelievo di campioni dal nastro a intervalli prestabiliti, poiché l’altezza della bava varia con l’usura degli utensili; pertanto, una singola misurazione corretta all’inizio di una serie non fornisce quasi nessuna indicazione riguardo alla sua fine.

Un'osservazione pratica dal reparto di produzione: la direzione della sbavatura è importante. Una sbavatura che si ripiega verso la zona di frattura ha meno probabilità di collegare l'isolante rispetto a una che si erge verticalmente. Alcuni criteri di accettazione tengono conto di questo aspetto, ma la maggior parte no, ed è proprio questa discrepanza a dare origine a discussioni sul campo.

Deformazioni e planarità: il silenzioso nemico del fattore di impilabilità

Per “deformazione” si intende qualsiasi deformazione fuori piano: incurvamento, ondulazione, arricciamento dei bordi, torsione a forma di patatina lungo il foglio. È causata da tensioni residue nel rotolo, forze di punzonatura non uniformi, effetti termici durante l’indurimento del rivestimento e movimentazione impropria.

Ecco cosa rende la deformazione così insidiosa. Un singolo foglio deformato potrebbe superare da solo un controllo di planarità. Ma se ne impilate alcune centinaia, gli errori non si compensano a vicenda. Si accumulano o, peggio ancora, si amplificano nei punti in cui i rilievi si allineano. Il risultato è una pila più alta di quanto dovrebbe essere secondo i calcoli, con spazi vuoti intrappolati tra i fogli.

Ciò incide direttamente sul fattore di impilamento, ovvero il rapporto tra il volume effettivo dell’acciaio e il volume apparente della pila. Un buon fattore di impilamento è superiore a 0,96 per la maggior parte dei gradi; le migliori pile di lamiere sottili superano 0,97. Se si scende al di sotto di tale valore, si ottiene di fatto un nucleo magnetico più piccolo rispetto a quanto previsto dal disegno, il che aumenta la densità di flusso e, di conseguenza, le perdite. Il fattore di impilamento stesso è definito e misurato in base al IEC 60404-13 / ASTM A719 metodi.

Accettazione della planarità

La planarità viene solitamente specificata come altezza d'onda o percentuale su una lunghezza definita.

Per le pile finite, il parallelismo e l’altezza totale della pila vengono misurati in diversi punti lungo la circonferenza, non solo in uno. Una pila che risulta perfettamente allineata a ore dodici ma alta 0,3 mm a ore sei causerà problemi in fase di assemblaggio, anche se il valore medio sembra corretto.

La gestione è fondamentale per evitare le deformazioni. Una pila di lamine ricotte è flessibile e si deforma facilmente. Una volta superata la sua limite di elasticità, rimane deformata e nessun processo successivo è in grado di ripristinarla completamente. Molte delle “deformazioni” rilevate durante il controllo in entrata si sono in realtà verificate durante il trasporto, non durante la produzione.

Graffi e danni superficiali: piccoli segni, conseguenze concrete

I graffi vengono spesso liquidati come difetti puramente estetici più di qualsiasi altro difetto presente in questo elenco. A volte è giusto così. Un segno appena accennato sulla superficie di una lamiera, senza rottura del rivestimento né sbavature: va bene, si può spedire. Ma un graffio che attraversa il rivestimento isolante è funzionalmente identico a una sbavatura: apre un percorso che permette alla corrente di passare da una lamella all’altra.

Pertanto, il criterio di accettabilità dei graffi non riguarda quasi mai l’aspetto estetico, ma piuttosto l’integrità del rivestimento. Un segno di sfregamento superficiale che non comprometta lo strato isolante è solitamente accettabile, mentre un’incisione che esponga il metallo nudo, specialmente se trasversale rispetto alla direzione del flusso, non lo è.

Il modo per valutarlo è mediante una prova di resistenza interlaminare, anziché una classificazione visiva, eseguita in condizioni di ASTM A717 (resistenza di isolamento superficiale) e IEC 60404-11 metodi di rivestimento. Si applicano una pressione e una tensione prestabilite alla superficie rivestita e si misura la resistenza. Se si supera la soglia, il rivestimento sta funzionando correttamente, indipendentemente dalla presenza o meno di graffi. È qui che risiede lo standard pratico: non in una tabella di confronto fotografico, ma in un valore di resistenza.

Una guida di massima alla classificazione dei danni superficiali:

Un altro fattore che spesso viene trascurato: i graffi derivano spesso proprio dai dispositivi di impilaggio e movimentazione, non dal rotolo grezzo. Se notate graffi paralleli costanti nella stessa posizione su ogni lamiera, smettete di dare la colpa al fornitore dell’acciaio e controllate le vostre attrezzature e i vostri nastri trasportatori.

Definire uno standard di accettazione dei difetti che regga nel tempo

Una specifica che si limiti a elencare le tolleranze non è sufficiente. Le parti che effettivamente prevengono le controversie sono proprio quelle che spesso vengono tralasciate.

Definisci il metodo di misurazione, non solo il limite. “Burr ≤ 20 µm” non ha alcun significato se non si specificano lo strumento utilizzato, la posizione sul bordo e il numero di campioni. Due laboratori che misurano lo stesso bordo con strumenti diversi otterranno risultati discordanti di oltre la banda di tolleranza. Specificare il metodo di riferimento — serie IEC 60404, ASTM A976, ASTM A717 — colma tale divario.

Definire un piano di campionamento in base all'usura degli utensili. I difetti di punzonatura aumentano nel corso di un ciclo di produzione. L'ispezione del primo e dell'ultimo pezzo di una bobina consente di individuare le variazioni che un singolo campione casuale non riesce a rilevare. Adeguare la frequenza di campionamento alla velocità con cui si deteriorano gli utensili.

Distinguere i difetti funzionali da quelli estetici. Una sbavatura che provoca un cortocircuito tra le lamelle e un graffio che non intacca il rivestimento non hanno la stessa gravità, anche se entrambi hanno un aspetto sgradevole. Classificare i difetti in base al loro effetto sulla resistenza interlaminare e sul fattore di impilamento evita di scartare prodotti buoni e di far passare quelli difettosi.

Verificate l'intera pila, non solo il foglio. I singoli fogli possono superare il controllo uno per uno, mentre la pila assemblata può risultare non conforme per quanto riguarda il parallelismo, il fattore di pila o la resistenza interlaminare. L’ispezione dei fogli in entrata e quella delle pile finite sono due fasi di controllo distinte, ed entrambe sono necessarie.

Le pile che causano meno problemi in termini di garanzia tendono a provenire da linee in cui gli operatori comprendono perché Ciò che conta è una bava di 20 micron, non solo il fatto che l’indicatore sia passato in rosso. È proprio questa consapevolezza che trasforma una scheda tecnica in una qualità costante.

FAQ

Qual è il difetto di laminazione più grave in assoluto? Nella maggior parte dei casi, le sbavature. Queste combinano due modalità di guasto — l’aggiunta di spessore non magnetico al pacco e il cortocircuito tra le lamelle adiacenti — pertanto un problema di sbavature si manifesta sia nei controlli dimensionali che nelle prestazioni elettriche. La deformazione occupa il secondo posto, poiché compromette il fattore di impilamento su tutto il nucleo anziché in un unico punto.

Come si misura in modo affidabile l'altezza della bava? Utilizzare un profilometro a stilo, un profilometro laser o un misuratore di altezza calibrato, effettuando la misurazione perpendicolarmente al bordo punzonato, seguendo le procedure di misurazione previste dalle norme IEC 60404 o ASTM A34. Effettuare più letture lungo il bordo e campionare su tutta la serie di produzione, poiché l’altezza delle bave aumenta con l’usura del punzone e della matrice. Una singola misurazione non è rappresentativa.

Il processo di taglio modifica i criteri di accettazione? Sì, in modo significativo. La punzonatura con stampi progressivi viene valutata principalmente in base all’altezza della bava e alla sua deriva. Il taglio laser produce poche bave meccaniche ma introduce un bordo interessato dal calore, quindi i criteri si spostano sull’arrossamento del bordo e sull’aumento della perdita locale. L’elettroerosione a filo produce un bordo quasi privo di bave e viene invece valutata in base allo strato di rifusione. Se si applica un criterio di valutazione errato, lo standard perde ogni significato.

Un graffio è sempre un difetto? No. Se il graffio non penetra fino al rivestimento isolante, di solito è solo un difetto estetico e può essere accettato. Il criterio determinante è la resistenza interlaminare secondo la norma ASTM A717 o IEC 60404-11, non l’aspetto visivo. Un graffio che espone il metallo nudo e riduce la resistenza al di sotto della soglia è quello da scartare.

Quale fattore di stacking dovrei aspettarmi da uno stack di buona qualità? Circa 0,96 o superiore per i gradi più spessi, e superiore a 0,97 per gli acciai sottili di alta qualità, misurato secondo la norma IEC 60404-13 / ASTM A719. Un valore inferiore a tale soglia indica solitamente deformazioni, sbavature che aumentano lo spessore o uno spessore eccessivo del rivestimento che intacca il materiale di riempimento in acciaio.

Perché il limite di altezza della fresa varia a seconda dello spessore della lamiera? Le lamiere più sottili vengono utilizzate in applicazioni a frequenza più elevata e a perdite ridotte, in cui l’integrità dell’isolamento è fondamentale e in cui la bava rappresenta una percentuale maggiore dello spessore della lamiera. Legare il limite a una percentuale dello spessore mantiene la norma proporzionale al rischio.

Devo controllare i fogli singoli o le pile già pronte? Entrambe. L'ispezione a livello di singolo foglio individua alla fonte eventuali problemi quali bave, rivestimenti e mancanza di planarità del singolo foglio. L'ispezione a livello di pila individua invece gli errori accumulati — parallelismo, altezza totale, fattore di pila e resistenza interlaminare — che un singolo foglio non è in grado di rivelare da solo.