Lavorazione ferrite, problemi.

[SWL]

Devo fresare dei particolari in ferrite. Ferrite non "siderurgica", cioè ferro, bensì ferrite "elettronica" che è un materiale ceramico, duro e fragilissimo. Il particolare da fresare è un nucleo per trasformatori ad alta frequenza, che riporto come immagine.

Ferrite.jpg

Chi ha anche solo sfiorato l'elettronica li conosce (e sono presenti in ogni alimentatore switching, di qualsiasi tipo).

La lavorazione necessaria è l'accorciamento della "gamba" centrale delle tre che puntano verso l'alto nell'immagine precedente (serve a creare il "traferro" indispensabile per il funzionamento di questo tipo di trasformatori). In produzione, i nuclei (così si chiamano questi particolari) vengono ordinati con il traferro già realizzato, ma nel corso dello sviluppo dei progetti, è indispensabile eseguire queste lavorazioni in casa.

Dato che si tratta di materiale ceramico, per lavorarlo ho pensato di utilizzare una fresa diamantata che ho provveduto a montare sul mandrino con il codolo più corto possibile, ho poi fissato al piano una morsa da rettifica, montato il pezzo in squadra usando un paio di "parallels" (come si chiamano in italiano???) e ho fresato il pezzo con questi parametri:

Diametro fresa: 10 mm
Velocità di rotazione: 15 krpm
Avanzamento: 500 mm/min
Affondo: 0.1 mm per passata
Verso: discorde in andata, concorde in ritorno
Raffreddamento: aria

In foto è visibile il setup.

Setup.jpg

La fresa è in posizione di partenza. Da li, avanza sul pezzo fino ad uscire completamente e poi ritorna nella stessa posizione. Si modifica l'affondo (che in questo caso è in Y), e si ripete (*).

Il risultato è... un disastro. La fresa taglia bene, infatti nella corsa di ritorno il rumore è quasi inesistente, ma è l'unico dato positivo. Il pezzo risulta "sbeccato" e con una finitura molto grossolana. Ho provato a cambiare diversi parametri, con risultati ancora peggiori e allora mi sono arreso all'evidenza della mia scarsa capacità e chiedo umilmente aiuto...

Aggiungo due immagini al microscopio: la prima a basso ingrandimento mostra due pezzi, quello superiore è quello lavorato, mentre quello inferiore è nuovo di fabbrica. Si vedono evidenti le "sbeccature" (quelle sul pezzo nuovo sono dovute alla manipolazione disattenta nel corso delle prove).

P0.jpg

La seconda immagine è ad ingrandimento maggiore e si notano i segni di lavorazione anche sul pezzo nuovo: quelli vanno più che bene. Su questa foto si vede il disastro della finitura del pezzo lavorato.

P1.jpg

Chi mi dà una mano a fare un po' meglio?

(*) Anche se nell'applicazione finale la fresatura andrà fatta sulla colonna centrale, a causa della fresa troppo lunga, queste prove sono state eseguite sulle colonne laterali.

[turbina]

Mi sà che questa roba si taglia a Waterjet

[SWL]

Ad acqua si taglierebbe di sicuro, ma non per questo utilizzo: servono precisioni due ordini di grandezza migliori di quelle ottenibili con il waterjet.

La produzione industriale è per sinterizzazione, alla quale segue la lappatura delle superfici di contatto che raggiunge planarità nell'ordine dei micron sulle dimensioni dei circa venti millimetri del pezzo. Se guardi le foto al microscopio, si vedono bene i segni semicircolari del lapidello.

Comunque... TA-DAH!!!!!

Ecco la soluzione.

Tool450.jpg

Appena arrivata sul tavolo: 450 HRC!!!!!! Vado a provarla!

[SWL]

Aggiornamento:

"La prova ha dimostrato che il pezzo ha una durezza superiore a 450 HRC."

[billielliot]

Ciao SWL,

hai gia' considerato l'uso di una mola diamantata al posto della fresa?

Se in origine sono lavorate con lapidello, la lavorazione che piu' si avvicina e' quella fatta con una mola (sempre che tu non disponga di un lapidello)

Ciao

Mauro

[etabeta]

ciao SWL
Forse già lo sai, ma il traferro lo puoi distribuire anche sulle gambe laterali.
Generalmente su quei nuclei ad "E" la somma delle sezioni laterali è uguale alla sezione della gamba centrale (ovviamente mi riferisco alle aree).
Quindi, ad esempio, se devi traferrare solo la gamba centrale di un millimtero ottieni lo stesso risultato spessorando tutte e tre le sezioni con mezzo millimetro.
In pratica l'energia immagazzinata nei tre traferri di 1/2 mm è la stessa di quella immagazzinata in 1 mm della sola gamba centrale.
Non so se mi sono spiegato bene...

[Stiefin.]

Diametro fresa: 10 mm
Velocità di rotazione: 15 krpm
Avanzamento: 500 mm/min
Affondo: 0.1 mm per passata
Verso: discorde in andata, concorde in ritorno
Raffreddamento: aria

Mah , secondo me per una moletta da 10 mm sei basso di
giri , e un decimo per passata è troppo , considera che con il
lapidello si porta via qualche centesimo a passata , e con diametri
della mola decisamente molto superiori .

Stiefin .

[SWL]

@billielliot

E' stata la prima scelta. Se tu guardi l'utensile montato sul mandrino nella prima foto, vedi che è una mola diamantata. Come durezza ci siamo, taglia perfettamente. Il problema è che l'avanzamento è parallelo ai piani di rotazione dei singoli grani della fresa e quindi ottieni una finitura a strisce.

Ho provato anche un attacco "frontale", dato che la mola ha l'abrasivo anche nella parte inferiore. La finitura migliora, ma dato che la parte centrale della fresa non taglia (visto che sta ferma...), succede che se per caso quella parte sporge un po' di più... CRACK! Ed è quello che succede.

Sto aspettando una mola diamantata a tazza (di dimensioni molto ridotte) con la quale proverò nuovamente l'attacco frontale. E' la cosa che si avvicina di più alla lappatura.

Oppure cerco una fresa 1000 HRC

@etabeta

Sembra facile...

In teoria, le cose stanno come dici tu. Quando si deve stabilire inizialmente la dimensione del traferro, si agisce proprio spessorando le colonne laterali. Questo lo si fa solo in fase di caratterizzazione del trasformatore (misure strumentali), mentre non si può farlo per la realizzazione dell'alimentatore. La motivazione è che un trasformatore ideale non vede differenze se il traferro è distribuito nei tre punti o è solo nella colonna centrale, mentre un trasformatore reale questa differenza la vede. E anche in modo molto evidente. Si chiama fringe-effect ed è determinato dall'andamento delle linee del campo magnetico nella zona traferrata. Questo effetto dipende fortemente dal rapporto tra lo spessore del traferro e l'area della sezione traferrata. Come hai detto tu, le colonne laterali hanno sezione pari ad un mezzo e l'effetto è amplificato. Oltre a questo, Se il traferro è nella colonna centrale, il campo magnetico disperso è comunque intercettato dagli avvolgimenti e non irradiato. Senza scendere ulteriormente in particolari che possono essere anche (purtroppo) molto complessi, avere il traferro sulle colonne laterali porta ad un peggiore fattore di accoppiamento. Questo si traduce in due problemi: il primo è la generazione di disturbi elettromagnetici irradiati che possono accoppiarsi in modo imprevedibile con i componenti vicini, ma sopratutto mettere a rischio i risultati dei test EMC. Il secondo è quello dell'aumento dell'induttanza di leakage del primario, fattore fondamentale per ridurre la dissipazione nello snubber connesso al MOSFET di commutazione. Quindi generazione di calore e abbassamento dell'efficienza.

Come dicevo... sembra facile!

@Stiefin

Hai perfettamente ragione.
Mi sono fermato a 15 krpm perché la "moletta" è un utensile da... muratori, non è fatta per una CNC. Già a quella velocità fa vibrare tutto al punto che le chiavi sul banco camminano da sole. Portarla a 24 krpm mi spaventava davvero.
L'affondo è l'altro fattore che verrà ridotto sostanzialmente nel prossimo test, già previsto a 2/100 a passata.
Grazie per le conferme che mi stai dando!

[turbina]

Non so se hai visto la rettifica cono con le mole dei brico, e video se trovi quella bilanciata secondo me fai qualcosa
https://www.cncitalia.net/forum/viewtopi ... ifica+cono
www.dmxpassion.altervista.org/pg014.html

[SWL]

@turbina

L'idea è più o meno quella. Le mole ceramiche tipo Dremel non funzionano: tagliano quasi nulla e si flettono (proprio perché non portano via materiale). Sto attendendo la fresa a tazza qui in foto, con la quale andrò di "attacco frontale" .

Frtzz.jpg

Il problema che già vedo sarà il bilanciamento (come hai fatto notare anche tu). C'è però quel bel corpo metallico nel recesso che si presta ad essere forato per bilanciare il tutto. Adesso penso a come bilanciare la fresa...

Nel frattempo, dato che dovevo comunque fare il trasformatore nei tempi previsti, ne ho preparato uno a mano. Prima con una lima diamantata, poi con due pietre d'India, la prima da 180, la seconda da 320 grit. Questo è il risultato

f4.jpg

Ecco, così mi piace! Due micron massimi di errore in dimensione e planarità.
(Non è che serva tutta 'sta precisione, ma nel lavoro bisogna pure divertirsi...)

[Kagliostro99]

Ma non potevi fare un mix ?

Sgrossare con la fresa e finire a mano ?

K

[SWL]

@Kagliostro99

Purtroppo con la mola (la fresa proprio manco intacca il materiale...) non si può fare neppure la sgrossatura perché "sbecca" il pezzo. Probabilmente è dovuto alla velocità troppo bassa e agli affondi eccessivi, ma non avevo più tempo per fare prove e ho dovuto fare il pezzo a mano.

0.7 mm di quella roba stando sotto il centesimo è stata una bella pigna nel... l'orecchio, ma alla fine, quando ottieni questi risultati ne vale la pena.

Voglio riuscire a fare queste lavorazioni di macchina perché poter fare dieci nuclei in automatico ti toglie dall'incubo di rompere l'unico che hai fatto, magari in tre ore di lavoro. Inoltre non sarebbe un problema farne una serie con piccole variazioni per poter modellare meglio il comportamento dei componenti magnetici di un circuito.

Con la pietra d'India, per passare dalla finitura grezza che si vede nelle prime foto, a qualcosa di utilizzabile ci vogliono una ventina di minuti, e sarebbe già un ottimo risultato. Sono comunque quasi certo che lavorando frontalmente (tipo spianatura, per intendersi) con una mola diamantata a tazza a 24 krpm con affondi da un centesimo (e più passate veloci, tipo lapidello) si possa ottenere qualcosa di simile alla finitura industriale.

[Kagliostro99]

Allora non resta che attendere che arrivi la fresa a tazza e vedere come se la cava

K

[turbina]

Non ho mai fresato ferrite ma ho la sensazione che se con la mola a tazza prima fai la contornatura laterale di 1mm a Z-0.7mm e poi la molatura frontale puoi fare passate anche di 0.1 o 0.2mm e quindi magari in 3-4 minuti a pezzo , o anche meno te la cavi

[SWL]

EVVVVVAIIIII !!!!

Non mi è arrivata la mola che aspettavo, ma un'altra, sempre a tazza, ridicola, diametro 12 e dall'esorbitante costo di 0.80 Euro...
Questo è il setup:

Setup1207.jpg

Questi i dettagli della lavorazione:

Diametro fresa: 12 mm
Velocità di rotazione: 24 krpm
Avanzamento: 500 mm/min
Affondo: 0.01 mm per passata
Raffreddamento: aria

La mola è incredibilmente bilanciata, nessuna vibrazione, taglia bene e toglie praticamente solo polvere. Affondo totale 0.7 mm (quindi 70 passate avanti e indietro). Tempo di lavorazione meno di dieci minuti. Questo è il risultato in macchina.

Done 1207.jpg

E questo il risultato al microscopio.

F5.jpg

Oltre ogni più rosea aspettativa. Le uniche differenze rispetto ad un lavoro di tre ore fatto a mano sono una finitura leggermente più ruvida (ma sempre migliore di quella del pezzo originale!) e un certo arrotondamento degli spigoli. Se poi uno vuole proprio fare lo sborone, può sempre passare la pietra e ottenere la finitura a specchio.

Adesso si potrebbero provare mille altre cose, come la contornatura suggerita da turbina o altro finalizzato a ridurre i tempi di lavorazione, ma non è produzione di serie, è lavoro di laboratorio e dieci minuti sono un tempo pazzescamente inferiore a qualsiasi altra opzione possibile, inferiore anche a tagliare a mano gli spessori per le colonne laterali. Quindi... BINGO!

Grazie a tutti per il supporto e gli spunti utili a raggiungere il risultato. Alla prossima.