Analisi SEM

I fori effettuati durante la prova di ripetibilità con il set di parametri dimostratosi più ripetibile sono stati sezionati e osservati qualitativamente al microscopio SEM. Le imma- gini hanno evidenziato la precisione e nettezza dei bordi di ingresso e uscita dei fori, e la tessitura superficiale della superficie interna tipica della foratura laser a impulsi ultra- corti. Tale struttura è denominata LIPSS (Laser Induced Periodic Surface Structures). La formazione di LIPSS si pensa sia legata all’interferenza fra la radiazione elettromagneti- ca incidente e quella riflessa dalla superficie. Il meccanismo di formazione e i parame- tri che influenzano la periodicità e la morfologia di tali strutture non sono ancora stati pienamente compresi.

L’immagine in sezione diametrale permette di apprezzare qualitativamente la cilindri- cità del foro. I bordi di ingresso e uscita non presentano depositi o bave di lavorazione, come richiesto a specifica.

Figura 12.32.: Bordo ingresso laser

Figura 12.34.: Bordo uscita laser.

Parte VI.

Osservazioni sui risultati e sviluppi

futuri

13. Osservazioni sui risultati

L’attività svolta durante il tirocinio ha permesso di trovare un set di parametri «ottimo», all’interno del range indagato, in grado di generare un foro di 180±3 µm di diametro e con conicità CF≤ |0, 5|su uno spessore di 350µm nel minor tempo possibile, con una pro- babilità del 95%, e senza la presenza di depositi o bave sui bordi del foro, e con un’ottima finitura superficiale.

La tecnologia laser a impulsi ultracorti è agli albori della sua applicazione in campo industriale: il risultato di questa attività di tirocinio è il primo di molti tasselli che an- dranno a formare in futuro un database di dati da cui sarà possibile ricavare un modello di ablazione matematico.

Durante le prove in fase di allargatura si sono ottenuti fori con conicità molto elevata (CF∼ −25), un valore superiore alle capacità della testa di scansione: questo potrebbe aprire nuove strade per la foratura a conicità spinte, come richiesto da parte di alcuni clienti.

Il tempo di foratura col set di parametri individuato è di 3,75 secondi, circa il 50% in meno rispetto al tempo ciclo attualmente utilizzato per la foratura laser di sedi di iniettori campione con spessore comparabile, e un quinto del tempo necessario per la foratura micro-EDM. Questo rappresenta un risultato notevole nell’ottica della massimizzazione del rateo produttivo.

14. Sviluppi futuri

Il prossimo passo dell’operazione di ottimizzazione sarà l’estensione alla foratura su sede del set di parametri individuato. La foratura su sede permetterà un’analisi della morfolo- gia del foro mediante un macchina sofisticata in grado con un tastatore di ricostruire in tre dimensioni la superficie interna del foro, e di valutarne l’effettiva cilindricità. La foratura su sede consentirà inoltre di effettuare la prova di flussaggio, che consiste nel misurare la quantità di fluido (con caratteristiche ben determinate) che passa attraverso i fori della sede posta fra due ambienti a pressione diversa, ma costante, in un determinato interval- lo di tempo. E’ di fondamentale importanza per il corretto funzionamento dell’iniettore che il flussaggio (grammi al secondo), si mantenga entro un range ben determinato in specifica. Il valore del flussaggio è calcolato in base alle simulazioni fluidodinamiche agli elementi finiti, ed il valore reale sarà tanto più vicino al valore simulato quanto più la geometria del foro rispecchia quella di progetto.

Visti i risultati notevoli in termini di riduzione del tempo ciclo, è stata avanzata l’ipotesi di effettuare un ottimizzazione del processo di foratura su spessori diversi, in modo da coprire il range di variazione degli spessori delle sedi utilizzate per l’intera gamma di iniettori prodotti.

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