Processi galvanici automatizzati

AUTOMAZIONE
A
a cura della redazione
Nuovi impulsi per una tecnologia matura
Processi galvanici
automatizzati
L’uso di rivestire un metallo con un altro metallo o con un non metallo risale a tempi remoti: già oltre 3000 anni fa si utilizzavano
rivestimenti metallici, in particolare nella fabbricazione di monete. Tali rivestimenti erano solitamente applicati con mezzi meccanici o termici, ma alcune suppellettili, ritrovate
in Iraq, testimoniano operazioni di argentatura
e doratura elettrolitiche, eseguite con l’ausilio di rudimentali batterie galvaniche. Benché la nascita dell’arte galvanica sia quindi molto antica, la moderna tecnologia di deposizione elettrolitica dei metalli è iniziata
soltanto con l’invenzione della prima batteria
galvanica, la pila di Volta.
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Oggi la galvanica, pur essendo ancora in evoluzione, si configura come una tecnologia
matura. Essa è utilizzata per la lavorazione massiva di substrati a basso costo e il conferimento
agli stessi di speciali proprietà superficiali come la resistenza alla corrosione, all’usura,
alla fatica, ecc. Pertanto, i rivestimenti galvanici
prolungano la vita dei componenti trattati.
L’elettrodeposizione permette di produrre rivestimenti molto sottili (pochi micron) di metalli come zinco, nichel, cromo, ecc. su materiali di base, altrimenti destinati a deteriorarsi molto rapidamente.
Per esempio, 1 kg di zinco permette di proteggere una tonnellata di viti contro la
corrosione e 100 grammi di oro proteggono
5000 contatti elettrici, garantendo una
bassa resistenza di contatto. Un’automobile monta 2000-3000 parti sottoposte a
trattamenti di elettrodeposizione. Anche gli
effetti positivi sull’ambiente sono notevoli, se si pensa che la corrosione di parti di
acciaio costa 218 miliardi di euro al giorno in Europa. La zincatura, per esempio,
riduce di 0,8 tonnellate l’emissione di gas
serra per tonnellata di viti, diminuendo
anche il consumo di ferro. L’attività galvanica
contribuisce quindi al risparmio delle risorse
naturali e alla riduzione di gas serra, in linea con la filosofia dello sviluppo sostenibile. Tale attività è tipicamente disseminata
in un elevato numero di piccole e medie
aziende: una di queste è Omig S.p.A di Olginate (Lecco).
I cesti di contenimento all’inizio
della linea automatizzata
Dove creatività e tecnica
convivono
Fondata nel 1959 Omig progetta, costruisce e commercializza in tutto il mondo impianti
galvanici.
La società si è trasformata nel 1973 in Omig
Plating Equipment, iniziando a confrontarsi con
le maggiori aziende del settore. Tale confronto, unito alla continua sperimentazione di
nuove tecnologie, ha permesso a Omig di
raggiungere traguardi ambiziosi, come è testimoniato dalla presenza in 24 Paesi con oltre 600 installazioni in diversi settori produttivi. Pur avendo incrementato notevolmente la
produzione, l’azienda non ha rinunciato a
una delle sue caratteristiche principali: la
realizzazione di impianti personalizzati in base alle esigenze del cliente, con quel pizzico
di “Italian style” che la rende riconoscibile in
tutto il mondo. “Per noi la soluzione ottimale è sempre preferibile alla prima soluzione possibile”, afferma Giovanni Grassi, vice presidente
di Omig. “E per individuare tale soluzione
possiamo contare su uno staff tecnico preparato,
dove l’esperienza dei non più giovani si fonde con la voglia innovativa dei giovani”.
Gli impianti Omig sono presenti nell’industria meccanica con le tradizionali linee di me-
L’automazione riguarda oggi
circa il 70% della linea
tal finishing (zinco, nichel cromo, ottone,
oro), nell’industria pesante con le linee di
cromo a spessore, nell’industria dei circuiti stampati (pannelli, pattern plating, nichel chimico,
oro e palladium) e nell’industria orafa con le
linee di elettroformatura. “I nostri trattamenti galvanici permettono di eseguire il rivestimento
di qualsiasi metallo, ferroso o non ferroso, al
fine di ottenere una maggiore resistenza alla corrosione, un effetto decorativo, oppure
un prodotto finito, come un circuito stampato”, riferisce Grassi. “La realizzazione di
linee galvaniche comporta la padronanza di
tante tecnologie, come quella delle materie
plastiche, in quanto si ha a che fare con prodotti corrosivi, oppure quella idraulica. Ma
il cuore del trattamento è di natura elettrochimica, mentre l’elettronica ha il compito
sempre più importante di assistere e governare il funzionamento di tutta la linea”.
L’importanza della partnership
È proprio la parte elettronica dell’impianto
quella che negli ultimi anni ha avuto l’impulso
maggiore, perché anche nel settore della galvanica è sempre più forte l’esigenza di automatizzare le linee. E ciò sia per rispondere a
richieste della clientela sempre più complesse, sia per poter offrire a un costo inferiore impianti basati su tecnologie avanzate, quindi per
migliorare la competitività del fornitore. “La
clientela ha risposto molto bene all’introduzione
dell’automazione nei nostri impianti”, spiega
Grassi, “soprattutto perché l’automazione ha
permesso una notevole semplificazione dell’interfaccia con l’operatore. Secondo nostre statistiche, infatti, un impianto prodotto solo
cinque anni fa con sistemi tradizionali aveva
una gestione molto più complessa di un impianto odierno”. A tale proposito, Omig ha un
punto di vista preciso: se è impiegata bene,
l’automazione può fare sì che l’operatore della macchina abbia a disposizione un linguaggio di interazione e una simbologia molto semplici. “Naturalmente, per utilizzare bene l’automazione è fondamentale rivolgersi a
un fornitore che sia in grado di offrire non so-
lo componenti avanzati ed affidabili, ma anche il più ampio supporto pre e post vendita”,
sottolinea Grassi. Per questo motivo, Omig ha
scelto Telemecanique come fornitore di componentistica elettromeccanica e elettronica.
“Consideriamo Telemecanique un partner importante della nostra azienda, che collabora
tutti i giorni con noi”, egli aggiunge. “E questo è molto importante perché oggi il fornitore esterno tende a diventare un collaboratore. Il servizio offerto da Telemecanique ci
permette di fare crescere costantemente i
nostri tecnici per poterci proporre al mercato
in maniera sempre migliore”.
fra 600 e 800 A per 100 120 Kg di minuteria,
con una tensione di 6-7 V, in funzione della
chimica utilizzata dal cliente. Al termine dell’elettrodeposizione, i rotobarili vengono
estratti dal bagno e inizia la fase di recupero dei prodotti chimici e di lavaggio dei pezzi. Segue il trattamento finale di passivazione,
con una tropicalizzazione tendente verso il
giallo o l’azzurro, per ottenere un prodotto più
brillante e lucido e aumentare ulteriormente la resistenza alla corrosione. Il prodotto finito viene quindi estratto dai rotobarili e
scaricato nei cassoni di spedizione.
Il ruolo dell’automazione
Il processo di elettrodeposizione
Nel caso, per esempio, di minuteria metallica trattata “a massa”, il processo galvanico si
sviluppa nel modo seguente. All’inizio della linea vengono riempiti i cesti di contenimento
forati (rotobarili), ciascuno dei quali può contenere circa 100 kg. Nella fase di preparazione,
il materiale viene pulito, sgrassato e decapato, con eliminazione dei residui di oli e bave
rimasti durante la produzione. I rotobarili
vengono quindi movimentati da un sistema robotizzato che li introduce in un bagno elettrolitico di zinco, dove rimangono mediamente per un tempo compreso fra un’ora e
un’ora e mezza. Nel bagno elettrolitico, grazie all’applicazione di una corrente di forte amperaggio a bassissima tensione avviene quindi l’elettrodeposizione dello zinco sulla minuteria,
che ruota continuamente all’interno dei cesti
in modo che il deposito sia omogeneo e privo di “zone d’ombra”. I valori tipici di corrente
per un trattamento di massa sono compresi
L’automazione riguarda oggi circa il 70% dell’impianto e si estende anche a parti che in precedenza erano comandate in modo meno
flessibile. Per esempio, è stata automatizzata la rotazione dei rotobarili nelle vasche di elettrodeposizione, ottimizzata in funzione della minuteria al loro interno. I rotobarili vengono comandati in bassa tensione, utilizzando
un variatore di velocità che permette di assicurare la velocità di rotazione ottimale
prestabilita per ogni tipologia di minuteria
da trattare. In particolare, la minuteria più
piccola viene fatta ruotare più velocemente, mentre la minuteria più grossa e gli scatolati devono ruotare più lentamente per
ridurre gli urti e aumentare l’esposizione
delle diverse facce.
Questa regolazione della velocità ha portato a benefici di maggiore qualità, risparmio energetico e maggiore produzione. “La concezione della linea è molto cambiata”, afferma
Grassi. “Dieci anni fa era sufficiente che un ro-
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tobarile ruotasse, e non ci si poneva il problema
della sua velocità.
Oggi, invece, il cliente impone una maggiore
attenzione anche a questi particolari, perché
deve a sua volta rispondere alle richieste che
gli pervengono dal mercato”.
Naturalmente, l’automazione riguarda molte
altre parti della linea, come i robot di movimentazione dei rotobarili. L’uso di azionamenti a velocità variabile ha permesso di
avere spostamenti più veloci con riduzione dei
tempi. Nella fase finale del trattamento, che
comprende l’asciugatura e le finiture, l’automazione delle centrifughe ha invece permesso di variare numerosi parametri per ottimizzare i risultati. In particolare, è possibile modificare la velocità di rotazione di un cesto di asciugatura in base alla tipologia di prodotto caricato sulla macchina.
I componenti del sistema
Telemecanique, marchio di Schneider Electric
(Agrate Brianza, MI) per i prodotti di Automazione e Controllo Industriale, ha fornito a
Omig tutti i componenti elettromeccanici;
pulsanteria, contattori, salvamotori, alimentatori
e altri apparecchi ausiliari. Ha fornito inoltre
i PLC serie Premium e Micro (in base al tipo
di linea), i variatori di velocità Altivar per le ventilazioni, le aspirazioni e i sollevamenti e I/O
distribuiti Momentum per l’acquisizione dati
tramite bus di campo.
Sono a marchio Telemecanique anche la sensoristica e i terminali Magelis “Touch and
click” che gestiscono il controllo e la supervisione della linea con possibilità di impostare e richiamare pagine grafiche dell’impianto.
Sulle linee Omig, vengono utilizzati il bus di
campo Modbus per il collegamento degli inverter o, se richiesto dal cliente, il bus Profibus per la gestione degli I/O. “L’uso di bus di
campo ci ha permesso di ridurre il numero di
cavi e di canaline, ottenendo un sistema molto più efficiente e flessibile”, afferma Grassi.
Tutti i dati della linea vengono riportati sul PLC,
che si interfaccia verso un eventuale sistema
di controllo utilizzato dal cliente. La pro-
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I PLC remium e Micro
di Telemecanique (marchio
di Schneider Electric
grammazione del PLC viene eseguita internamente utilizzando il linguaggio ladder e
blocchi standard, come il blocco della centrifuga, del raddrizzatore o del controllo del carro, sviluppati da Omig.
Sul PLC sono inoltre concentrati tutti i servizi di controllo della produzione e sorveglianza dell’impianto. Dalla propria postazione, l’operatore può quindi governare la linea ed eseguire la diagnostica dell’impianto. Da tale postazione, egli può inoltre seguire tutte le
fasi del trattamento, tenendo costantemente
sotto controllo la produzione e i principali parametri, come la corrente erogata dai raddrizzatori di tensione. L’operatore può infine intervenire in qualsiasi fase del ciclo di
lavorazione per modificare tali parametri. Per
esempio, il controllo delle correnti erogate
dai raddrizzatori permette di trattare in modo ottimale la massa caricata in ogni rotobarile, senza inutili dispersioni e senza inutili sprechi di materiale (ossia realizzando esattamente gli spessori richiesti).
Numerosi vantaggi
“L’automazione costa, ma costa meno del
tempo/uomo”, osserva Grassi. “Essa ci ha
permesso di ottenere grandi soddisfazioni co-
I terminali Magelis
di Telemecanique (marchio
di Schneider Electric)
me produttori ma, soprattutto, di migliorare la
soddisfazione della clientela. Ciò significa che
abbiamo intrapreso la strada giusta anche
se, come con tutte le cose nuove, sono
stati necessari tempo e investimenti. Ma abbiamo avuto il supporto giusto dal fornitore giusto per le nostre esigenze. Da Telemecanique abbiamo ottenuto un grosso
appoggio, ma soprattutto prodotti molto
validi e tecnici che hanno trascorso giornate
presso di noi per aiutarci a ottenere questi
risultati”. Un’evoluzione futura sarà l’uso
di una sorgente laser, accoppiata a un encoder, per misurare le distanze di spostamento lungo la linea.
Inoltre, Omig sta valutando la possibilità di
utilizzare la porta Ethernet del PLC per realizzare il telecontrollo delle ricette di produzione e la teleassistenza delle linee. In ogni
settore, rapidità e flessibilità di risposta alle domande del cliente stanno diventando
sempre più importanti.
Il connubio fra Omig, con oltre 40 anni di esperienza nella galvanica e Telemecanique, azienda leader nelle tecnologie dell’automazione,
è sicuramente un esempio da imitare.
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