La tecnologia di rullatura si declina in due possibili campi, la lucidatura con rullo (roller burnishing) per il miglioramento della finitura superficiale dei componenti e la rullatura profonda (deep rolling), che unisce il beneficio estetico/funzionale della prima ad un miglioramento delle caratteristiche meccaniche del pezzo.

Lucidatura con rullo (roller burnishing)

L'obiettivo principale della lucidatura con rullo è quello ottenere superfici lisce di alta qualità o superfici con una finitura superficiale predefinita (specifico R_a o R_z). Uno o più rulli o sfere plasticizzano e deformano lo strato superficiale del pezzo. Si rimanda alla normativa VDI 2032 per una spiegazione dettagliata delle caratteristiche della lucidatura con rullo e la definizione precisa dei diversi processi di rullatura.
Nel punto di contatto con il pezzo, la forza di rullatura genera tensioni di contatto nella zona periferica del materiale. Se questa sollecitazione è superiore al limite di snervamento dello stesso, il materiale prossimo alla superficie inizia a fluire. Quando la sfera o rullo si muove sulla superficie del pezzo, i picchi della superficie vengono premuti verso il basso, quasi verticalmente, e il materiale fluisce nelle valli tra i picchi. La superficie liscia che ne risulta non è dovuta al fatto che i picchi vengano piegati all'interno della superficie (ipotesi diffusa, ma falsa), ma al fatto che il materiale scorra, eliminando (o meglio "spianando") la rugosità superficiale.
Quasi tutti i processi per la produzione di superfici di alta qualità possono essere sostituiti dalla lucidatura con rullo (ad esempio tornitura fine, rettifica, levigatura, lucidatura). Questo processo collaudato comporta notevoli vantaggi tecnologici ed economici per le superfici nel campo di rugosità R_z < 10 µm.

Le superfici lucidate con rullo hanno una struttura particolare e possono essere caratterizzate come segue:

• Bassa rugosità (Rz < 1 µm / Ra < 0,1µm) o rugosità definita
• Profilo superficiale arrotondato
• Elevato rapporto portante (Abbott-Firestone) della superficie
• Minore attrito e usura delle parti
• Aumento della durezza grazie alla lavorazione a freddo

I vantaggi sono:

• Tempo di ciclo ridotto ed eliminazione dei tempi di preparazione e di lavorazione ausiliaria
• Utilizzabile con macchine convenzionali o a controllo numerico
• Lavorazione completa in un'unica impostazione
• Non rimuove materiale e non genera scarti
• Facilmente riproducibile
• Basso fabbisogno di lubrorefrigeranti
• Bassa emissione di rumore
• Lunga durata dell'utensile
• Nessuna variazione dimensionale dovuta all'usura dell'utensile

Rullatura profonda (deep rolling)

La rullatura profonda è simile alla lucidatura con rullo per quanto riguarda la deformazione e l'influenza positiva sulle caratteristiche della zona superficiale di un componente. Tuttavia, è l'unico processo per aumentare la resistenza alla fatica che combina 3 effetti benefici: la generazione di tensioni di compressione residua, lavorazione a freddo nello strato superficiale del materiale e la levigatura della superficie del componente, eliminando così i micro-intagli.
Questa combinazione può migliorare la resistenza a fatica fino a cinque volte e quindi aumentare significativamente la vita utile di un componente. La rullatura profonda è particolarmente consigliata per i componenti sottoposti a sollecitazioni dinamiche durante il funzionamento e che possono quindi essere distrutti dalla fatica del materiale.
Rispetto a processi industriali alternativi (ad esempio la pallinatura), la rullatura profonda genera costi e investimenti inferiori ed è adatta a quasi tutte le superfici metalliche. Gli utensili per la rullatura profonda possono essere utilizzati sulle macchine utensili esistenti (convenzionali e a controllo numerico) e possono essere integrati perfettamente nella sequenza produttiva esistente. Un pezzo può essere rullato in profondità con un'unica impostazione direttamente dopo la lavorazione iniziale. I costi di allestimento e di trasporto possono essere eliminati, così come la necessità di acquistare macchinari specifici e generalmente costosi (ad esempio le rettifiche). Questo processo può essere utilizzato con un'ampia varietà di componenti per aumentare la resistenza a fatica o consentire di realizzare particolari più leggeri, vista il miglioramento delle caratteristiche meccaniche dei materiali.
Tutti i processi meccanici (ad esempio la pallinatura), termici (ad esempio la tempra al laser) e termochimici (ad esempio la nitrurazione) per aumentare la resistenza alla fatica di un pezzo possono essere sostituiti dalla rullatura profonda.

Analogie e differenze tra la lucidatura con rullo e la rullatura profonda

La tecnologia sviluppata da ECOROLL può essere applicata in un ampio spettro di settori, tra cui l'ingegneria, la tecnologia medica, l'industria automobilistica, aeronautica e aerospaziale, l'industria dell'energia e ovunque sia necessario migliorare le caratteristiche meccaniche di parti metalliche per aumentarne la resistenza alla fatica e la durata o per facilitarne il funzionamento. Gli utensili per la lucidatura a rulli e la rullatura profonda sono compatibili con quasi tutte le macchine utensili. In questo modo, un pezzo può essere lucidato o rullato direttamente dopo la lavorazione principale.
Per entrambi i processi sono possibili diverse cinematiche. La modalità più semplice è il tuffo. In questo caso, un rullo o una sfera vengono premuti contro la superficie di un pezzo in posizione assiale. La forza di rullatura viene accresciuta gradualmente durante alcune rotazioni e mantenuta al livello scelto durante le rotazioni successive. Al termine di questo processo, la forza di rullatura viene ridotta durante le rotazioni finali. Questa procedura è necessaria per prevenire gradienti di sollecitazione nello strato superficiale di un componente, che potrebbero portare a un suo cedimento precoce. Questa logica è utilizzata principalmente per la rullatura profonda per eliminare, ad esempio, gli effetti di intaglio sui componenti ondulati.
La seconda modalità, l'avanzamento, è utilizzata per la lavorazione facile e veloce, ad esempio, di superfici cilindriche. Gli utensili con una sfera caricata idrostaticamente possono lucidare con rullo e rullare in profondità anche i contorni più complessi e le superfici a forma libera. L'esclusivo sistema di inseguimento adattivo consente alla sfera di rullatura di seguire il contorno del pezzo mantenendo costante la forza di processo. Per i componenti con elevati requisiti di sicurezza, dove è indispensabile una qualità di processo costante, è possibile utilizzare solo utensili a forza controllata per la lucidatura con rullo e la rullatura profonda.
Inoltre, gli utensili idrostatici possono lavorare materiali fino a una durezza di 65 HRC. In questo caso, si otterranno lucidatura, lavorazione a freddo e induzione di tensioni residue di compressione nello strato superficiale del componente.
La differenza principale tra la rullatura profonda e la lucidatura con rullo è quindi la definizione dell'obiettivo. Quando lo scopo dell'applicazione è migliorare la finitura superficiale (cioè ottenere una rugosità specifica), la scelta ricade sulla lucidatura con rullo. L'obiettivo principale della rullatura profonda è invece l'aumento della resistenza a fatica di un componente. Questo miglioramento della vita operativa si basa principalmente sull'incrudimento da deformazione e sull'induzione di tensioni di compressione residua nella zona periferica del pezzo. Tuttavia, il miglioramento simultaneo di altre qualità superficiali è ovviamente vantaggioso, ma non altrettanto importante (la miglior finitura è comunque un "lascito gratuito" del processo).
Inoltre, il controllo della qualità dei risultati è diverso per i due processi. Per la lucidatura con rullo è necessaria una semplice misurazione della qualità della finitura. Se non si raggiunge un parametro predefinito, il processo di lucidatura può essere ripetuto. La ECOROLL propone anche un sistema compatibile con lo standard Industria 4.0, il controllore di processo ECOsense, che permette di monitorare la lavorazione in tempo reale, dialogando o meno con le funzioni M della macchina utensile.
Quando si tratta di rullatura profonda, sono necessarie procedure più complesse, come i test di durata o le misurazioni delle tensioni residue, che portano sempre alla distruzione del componente. Per garantire la qualità durante la rullatura profonda è necessaria una riproduzione affidabile di parametri predefiniti e approvati. In particolare, quando si tratta di componenti rilevanti per la sicurezza, il monitoraggio del processo e la documentazione durante il funzionamento sono indispensabili, al fine di certificare il processo stesso.

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