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Un fermaglio si guasta per una delle seguenti ragioni: il gancio smette di agganciarsi, la molla perde tensione, la superficie si consuma fino a perforarsi oppure la cerniera sviluppa gioco. Ciascuna di queste modalità di guasto risale a una proprietà del materiale. La durezza determina la velocità con cui la superficie si graffia. Il modulo determina quanto una linguetta del gancio si flette sotto carico. La resistenza alla corrosione determina il comportamento del componente a contatto con il sudore nel corso di mesi.
La scelta del materiale non è quindi una decisione puramente estetica. Imposta fin da subito, ancor prima della produzione del primo esemplare, il cronometro dell’usura del fermaglio. Due fermagli con geometria identica ma realizzati in materiali diversi invecchieranno in modo diverso, e questa differenza si avverte al tatto molto prima che appaia su un foglio di specifiche tecniche.
Acciaio inossidabile 316L come riferimento pratico
L'acciaio inossidabile 316L è la scelta standard per le fibbie degli orologi, per motivi validi anche in produzione. Resiste sufficientemente alla corrosione per il contatto quotidiano con la pelle, accetta sia finiture spazzolate che lucide e si lavora e stampa in modo prevedibile. La sua durezza rientra in un intervallo che consente di mantenere un bordo di aggancio senza risultare fragile.
Il limite principale è l'usura. L'acciaio 316L non è particolarmente duro e una superficie lucida su una fibbia accumulerà nel tempo micrograffi. Ciò è accettabile su una finitura spazzolata, dove i graffi si fondono con la trama. Su una fibbia lucidata a specchio, invece, la stessa usura si manifesta come opacizzazione, facendo apparire il componente più vecchio di quanto non sia realmente.
L'altro problema fondamentale è il rilascio di nichel. Alcuni utilizzatori sono sensibili a tale elemento e il 316L può rilasciarne piccole quantità a contatto con il sudore. Per la maggior parte degli utenti ciò non rappresenta un problema. Per un marchio che mira a chi ha la pelle sensibile, però, è un motivo valido per valutare alternative.
Titanio e il compromesso sul modulo
Le fibbie in titanio risolvono i problemi di peso e di contatto con la pelle associati all’acciaio. Il titanio è circa il 40 percento più leggero dell’acciaio a parità di volume ed è generalmente ben tollerato dalla pelle. Inoltre, resiste alla corrosione grazie a uno strato ossidico superficiale che si riforma dopo i graffi.
Il compromesso riguarda il modulo elastico. Il modulo elastico del titanio è di circa 110 GPa, contro circa 200 GPa per l’acciaio; pertanto, una linguetta di chiusura in titanio si flette di più sotto lo stesso carico. Una molla tarata per una fibbia in acciaio risulterà più morbida in una versione in titanio, a meno che non si modifichi la sua costante elastica. Si tratta di una modifica progettuale, non di un semplice cambio di materiale, e deve essere validata su tutta la produzione.
Il titanio è anche più tenero sulla superficie rispetto all’acciaio temprato. Sebbene resista meglio alla corrosione, è più soggetto a graffi. Una fibbia in titanio che entri in contatto con una superficie dura nell’uso quotidiano mostrerà segni che una fibbia in acciaio invece resisterebbe.
| Proprietà | Acciaio 316L | Titanio | Acciaio rivestito con PVD |
|---|---|---|---|
| Durezza | Moderato | Inferiore | Più elevato in superficie |
| Resistenza alla corrosione | Buono | Alto | Dipende dall'integrità del rivestimento |
| Tolleranza cutanea | Possibile rilascio di nichel | Generalmente ben tollerata | Uguale al substrato |
| Visibilità dei graffi | Moderato | Superiore | Più basso fino all’usura del rivestimento |
| Costo unitario | Linea di Base | Superiore | Moderato a elevato |
Durata del rivestimento e la questione del substrato
Il rivestimento PVD è spesso specificato per migliorare la resistenza ai graffi e per aggiungere colore. Il rivestimento aumenta effettivamente la durezza superficiale e uno strato ben applicato resiste meglio rispetto a una superficie d’acciaio non rivestita contro abrasioni leggere.
Il problema è che il rivestimento è tanto buono quanto il substrato sottostante. Uno strato PVD su una superficie con fossette, segni di utensile o bave sui bordi mostrerà tali difetti attraverso il rivestimento anziché nasconderli. Quando il rivestimento si consuma in un punto ad alto contatto, l’acciaio sottostante viene esposto e il colore cambia. Questo cambiamento è visibile ed è percepito come usura, anche quando il componente è strutturalmente integro.
Lo spessore del rivestimento è critico in entrambi gli estremi. Se troppo sottile, si consuma precocemente; se troppo spesso, può arrotondare un bordo che deve rimanere affilato per garantire l’innesto della chiusura. La finestra di spessore utilizzabile è ristretta e va verificata sul pezzo rivestito, non semplicemente dedotta dalle specifiche del processo.
Un caso in cui il certificato di materiale non corrispondeva al pezzo
Un caso anonimizzato ha riguardato un lotto di fibbie che avevano superato l’ispezione in ingresso, ma che hanno mostrato usura superficiale prima del previsto durante l’uso sul campo. Il certificato di materiale indicava la classe corretta. I controlli di durezza sul materiale grezzo rientravano nelle specifiche.
Il problema risiedeva nel trattamento termico delle parti stampate. Un lotto era stato sottoposto a una temperatura tale da lasciare la superficie più morbida rispetto a quanto previsto dalle specifiche; il controllo di durezza sul materiale grezzo non aveva rilevato l’anomalia perché il materiale era stato testato prima della stampa e del trattamento termico. Le parti erano della classe corretta, ma nella condizione errata.
La soluzione è stata introdurre un controllo di durezza sulla parte stampata finita, anziché eseguirlo solo sul materiale grezzo in ingresso, e associare il registro del trattamento termico al lotto. Il materiale non era il problema: lo era la sequenza di verifica.
Ciò che la selezione del materiale non può risolvere
La scelta del materiale non risolve un design che genera sollecitazioni nel punto sbagliato. Un bordo di chiusura troppo sottile si romperà in qualsiasi materiale. Una tasca per la molla troppo poco profonda conferirà comunque una sensazione molle, indipendentemente dalla qualità dell’acciaio.
Inoltre, non sostituisce la finitura superficiale. Una fibbia realizzata nel materiale corretto ma con una lucidatura scadente appare comunque incompleta al tatto. E da sola non risolve neppure la questione dei costi. Il titanio e la deposizione fisica da vapore (PVD) aumentano i costi, e tale incremento si giustifica soltanto se la fibbia è destinata a essere un elemento visibile e durevole.
Per i progetti in cui il materiale della fibbia deve bilanciare usura, contatto con la pelle e costo, collaborare con un fornitore che struttura il proprio controllo qualità (QC) intorno a questi fattori riduce le sorprese dell’ultima ora. Burriva, abbreviazione di Baoruihua (Dongguan) Precision Technology Co., Ltd., gestisce un impianto specializzato in componenti, con una superficie coperta superiore a 20.000 metri quadrati, che comprende lavorazioni multiasse, fresatura CNC, stampaggio, lucidatura automatizzata e ispezione dimensionale nelle fasi di ingresso, in lavorazione e uscita. I flussi di lavoro sono separati per progetto e l’accesso ai file CAD è controllato in base al ruolo lavorativo. I team impegnati nella definizione delle specifiche del materiale della fibbia sono invitati a discutere le proprie esigenze.