LAVORAZIONE PER DEFORMAZIONE PLASTICA

 

A cura di Thomas Bortolamedi

 

 

 

 

Alluminio e le sue leghe (torna all段ndice)

Nozioni generali.

L' alluminio (Al) è un metallo leggero malleabile, duttile, pieghevole, con buona conduttività sia elettrica che termica e temperatura di fusione relativamente bassa.

E' molto diffuso in natura sotto forma di ossido idrato (bauxite), da cui si ricava. Viene poco impiegato allo stato puro; è tuttavia di grande importanza industriale perchè costituisce l' elemento di base per la produzione delle leghe leggere.

Le proprietà dell' alluminio sono le seguenti:

peso specifico 2,7 kg/dmウ

temperatura di fusione 659 ーC

resistività elettrica a 20 ーC 2,78 * cm

conduttività termica 209,3 W/(m*K)

coefficiente di dilatazione lineare 24*10ッ6 mm/(mm*ーC)

resistenza a trazione:

ricotto 58 -- 108 N/mmイ

incrudito 117 -- 176 N/mmイ

allungamento:

ricotto 35 -- 45%

incrudito 7 -- 10%

durezza Brinell

ricotto 16 -- 25

incrudito 45 -- 60

modulo di elasticità 68500 N/mmイ

L' alluminio presenta una struttura cristallina cubica a facce centrate, simile quindi a quella del ferro . Questo metallo è molto avido di ossigeno e all' aria si ricopre immediatamente di un leggero strato di ossido che lo protegge da un ' ulteriore più profonda ossidazione (passività dell' alluminio). Perciò si producono lamiere di lega leggera placcate con alluminio, commercialmente note come Chitonal e Alclad.

La facile ossidabilità dell' alluminio crea dei problemi per la sua saldatura. L' ossido di alluminio è un sesquiossido (Al 2O3) chiamato allumina; è durissimo (tant' è che viene usato come abrasivo sia direttamente in polvere, sia per la fabbricazione delle mole bianche del tipo aludum), ha un peso specifico superiore a quello dell' alluminio (3,6 kg/dmウ) e fonde solo ad altissima temperatura (2000 ーC). Perciò l' ossido tende a rimanere incluso nel bagno danneggiando la saldatura; quando si cerca di fonderlo, col cannello, si fonde rapidamente tutta la zona circostante ( per via della più bassa temperatura di fusione del metallo base).

La fusione dell' alluminio non presenta invece difficoltà rilevanti, purchè si protegga il bagno dall' ossidazione usando apposite sostanze disossidanti.

L' alluminio presenta un' elevata conduttività elettrica ed è quindi molto usato per conduttori. Quanto alle proprietà meccaniche dell' alluminio esse sono scadenti ( scarsa resistenza a trazione, bassa resilienza) e perciò l' impiego di alluminio puro si riduce a pochi casi particolari: fogli per la conservazione di alimenti, rivestimenti di leghe leggere, conduttori elettrici,polvere per la saldatura allumino termica, impiego per calmare gli acciai effervescenti.

Bastano piccole quantità di elementi leganti ( ad esempio rame, silicio, magnesio) per formare, con l' alluminio, delle leghe leggere con caratteristiche meccaniche eccellenti, pur conservando sempre il vantaggio della leggerezza.Per tale motivo l' alluminio, quale costituente fondamentale delle leghe leggere, è il più importante dei metalli non ferrosi.

Il campo di impiego delle leghe leggere è vastissimo: laminati, profilati ed estrusi usati in edilizia e nell' arredamento, serramenti per finestre, parti strutturali di aerei, elicotteri, autovetture veloci, cerchioni per autovetture sportive, telai di biciclette, carter di motori e di cambi di velocità di veicoli leggeri, cilindri e pistoni di motociclette.

Leghe leggere.

Delle così dette leghe leggere, con elemento base l' alluminio, vi è una grande varietà a seconda delle percentuali dei vari costituenti che determinano caratteristiche meccaniche

e tecnologiche svariatissime. I componenti principali, oltre l' alluminio, sono il rame, il magnesio, il silicio, il manganese.Si impiegano però anche zinco, nichel, e altri metalli.

Gran parte delle leghe subiscono un miglioramento nelle caratteristiche meccaniche in seguito ad un trattamento termico detto di bonifica. Esso si attua in due tempi, distinti in tempra strutturale ed invecchiamento.

La tempra strutturale consiste in un riscaldamento a temperatura fra 490 e 540 ーC ( per un periodo di tempo conveniente in modo che si abbia la solubilizzazione dei leganti nell' alluminio) seguito da un raffreddamento in acqua. Segue poi l' invecchiamento, ( o stagionatura) naturale ( riposo 3 -- 4 giorni a temperatura ordinaria) o artificiale (per 4 -- 8 ore a temperatura intorno a 120 -- 160 ーC) durante il quale ha luogo la precipitazione, dalla soluzione solida, di particolari composti degli elementi leganti.

Anche le leghe leggere, in seguito a lavorazione plastica incrudiscono, e quindi è spesso necessaria la ricristalizzazione per mantenere volute caratteristiche di plasticità qualora si voglia proseguire nella lavorazione. Si esegue così la ricottura, diversa da quella che viene eseguita per gli acciai. Il riscaldamento ha luogo infatti a temperatura inferiore a quella di bonifica, fra 350 e 400 ーC a seconda della composizione, ed il raffreddamento ha luogo in aria.

 

 

 

Produzione di materiale indefinito

 

Materiale definito, indefinito, semidefinito. (torna all段ndice)

Nell' arco dei processi metallurgici e delle lavorazioni meccaniche che ci portano gradatamente dai minerali ai prodotti industriali finiti, incontriamo sempre delle fasi intermedie nelle quali la materia da lavorare si trova allo stato indefinito e successivamente definito.

a) Materiale definito. Chiariremo prima il significato dell' espressione " materiale definito": con tale denominazione indichiamo il materiale metallico nel quale si riconosce già la forma del pezzo finale che si vuol ottenere;pertanto da esso si potrà ottenere solo un ben determinato pezzo e non altro.Sul materiale definito si dovranno poi compiere le lavorazioni meccaniche per ottenere i pezzi finiti.

b) Materiale indefinito. In questo caso, invece, il materiale ha si una forma propria, ma non tale da stabilire inequivocabilmente quale sarà il pezzo finale. Pertanto, da un tale materiale, nello stato in cui si trova, si potrebbero ottenere pezzi di tipo differente. Lavorazioni tipiche per la produzione di materiale indefinito sono: laminazione, estrusione, trafilatura, fabbricazione dei tubi.

c) Materiale semidefinito. In alcuni casi troviamo il materiale allo stato "semidefinito": tale è il caso di materiale indefinito che non abbia subito trasformazioni tali da conferirgli la forma finale ma che tuttavia, per esser stato tagliato a misura, può essere ormai utilizzato solo per la fabbricazione di un certo tipo di pezzi.

Laminazione (torna all段ndice)

La laminazione è un procedimento tecnologico che consiste nell' obbligare un massello metallico a passare attraverso due cilindri, lisci o sagomati, previo riscaldamento oppure anche a freddo, in modo che si verifichi un allungamento del massello, un allargamento ed una riduzione di altezza, nel caso di laminazione fra cilindri lisci; oppure una progressiva modificazione della forma della sezione e delle sue dimensioni, nel caso di cilindri sagomati.

La laminazione a caldo sfrutta la grande plasticità del materiale ad alta temperatura e consente grandi deformazioni con carichi contenuti su cilindri di laminazione.

Nel procedimento di laminazione a caldo i lingotti vengono prima riscaldati entro appositi forni alla temperatura di massima plasticità, successivamente vengono inviati ai laminatoi, nei quali il materiale viene fatto passare fra una coppia di cilindri rotanti che lo deformano e lo assottigliano. Le generatrici dei cilindri sono rettilinee o sagomate a seconda che si debbano produrre lamiere oppure barre e profilati. Terminate le operazioni di stiramento, si procede al taglio a caldo e si lascia raffreddare il prodotto su apposite placche di raffreddamento.

La laminazione a freddo consente una buona finitura superficiale, soprattutto perchè non si verificano fenomeni di ossidazione; consente però deformazioni limitate e provoca sui cilindri carichi considerevoli. Nella laminazione a freddo il materiale di partenza è costituito dal nastro laminato a caldo; la successiva laminazione a freddo ha lo scopo di migliorarne le caratteristiche di resistenza e di lavorabilità, di ridurne lo spessore, di conferirgli caratteristiche omogenee di spessore e di levigatezza. Si ottiene così un prodotto molto importante perchè viene impiegato soprattutto nella fabbricazione degli autoveicoli (carrozzerie) e degli elettrodomestici.

La laminazione a freddo si inserisce in un ciclo di lavorazione che comprende le seguenti fasi:

a) decapaggio: ha lo scopo di asportare gli eventuali ossidi formatisi durante la laminazione a caldo e si compie in vasche contenenti acido solforico oppure acido cloridrico al 20%, alla temperatura di 90 ーC. Segue un lavaggio in acqua, un controllo di spessore, un' oliatura (per conservare l' integrità della superficie decapata) ed infine il riavvolgimento in rotoli.

b) laminazione a freddo: il nastro è sottoposto alla azione simultanea di trazione e di compressione, perchè i rulli di laminazione provocano uno schiacciamento ed un parziale stiramento e, soprattutto (fatto che non si verifica nelle laminazione a caldo) mantengono il nastro in tiro; cioè mentre il nastro passa in una gabbia, è sottoposto al tiro della gabbia successiva e quando passa nell' ultima gabbia, al tiro della bobina di riavvolgimento.

La laminazione avviene a velocità superiore a 100 km/h, il nastro laminato a freddo ha uno spessore, mediamente, di 0,5 -- 0,8 mm ma può avere anche spessori minori.

c) trattamento termico (ricottura):nel nastro laminato a freddo i grani cristallini sono fortemente deformati ed allungati ed il materiale è incrudito.In tali condizioni il materiale non sarebbe adatto alle operazioni di stampaggio a freddo ed è necessario allora operare il trattamento di ricottura, per restituire al nastro la sua plasticità e deformabilità.

Questo trattamento si esegue riscaldando il nastro a temperatura variabile a seconda del tipo di materiale e del suo successivo impiego, in forni ad atmosfera controllata ( cioè in ambiente di idrogeno ed azoto) per evitare fenomeni di ossidazione. Segue un lento raffreddamento fino alla temperatura ambiente.

d) passaggio al laminatoio "temper":consiste in una leggerissima rilaminazione di finitura che ha lo scopo di regolarizzare il nastro rendendolo perfettamente piano e conferendo alla superficie il grado di rugosità adatto al deposito superficiale di vernice, o smalto, o zinco, o stagno.

e) controlli ed eventuali trattamenti finali: prima di essere destinato alle lavorazioni meccaniche il lamierino viene controllato o trattato.

Modificazioni strutturali. (torna all段ndice)

La laminazione conferisce al materiale una struttura caratterizzata da un' accentuata fibrosità, orientata secondo la direzione di laminazione. A tale struttura corrisponde un sensibile miglioramento delle proprietà meccaniche, nei confronti di quelle originarie del lingotto non laminato, a condizione che la temperatura di laminazione sia appropriata.

Una temperatura eccessiva provoca infatti una struttura a grana grossolana con proprietà meccaniche scadenti; inversamente, una temperatura insufficiente ( inferiore all' intervallo critico di trasformazione ) facilita fenomeni di incrudimento che, accompagnandosi a microstrutture all' interno dei grani, rendono il materiale particolarmente fragile.

Treno di laminazione.

La parte più importante di un impianto di laminazione è il treno di laminazione, che si compone di una o più gabbie di laminazione, degli organi di trasmissione e dell' equipaggiamento elettrico.

 

Gabbie di laminazione: sono costituite da una robusta incastellatura formata da due montanti di acciaio fuso irrigiditi da solide traverse; entro la gabbia sono sistemati i cilindri di laminazione ruotanti entro cuscinetti, i quali sono allogati entro apposite sedi che prendono il nome di guarniture.In un cilindro di laminazione si distinguono le seguenti parti:

la tavola, cioè la porzione di cilindro destinata alla laminazione; i colli, cioè i perni sistemati entro i cuscinetti delle guarniture ed i trefoli, sorta di manicotti che ricevono il moto di rotazione dalle allunghe e lo trasmettono al cilindro.

La forma dei cilindri di laminazione può essere quanto mai varia, a seconda delle sezioni di passaggio: per le lamiere ed i nastri i cilindri sono lisci; per le barre e i profilati, sono scanalati.

Quando i cilindri sono scanalati, i canali di laminazione prendono il nome di calibri; i calibri possono essere ripartiti ( aperti ) quando la sezione mediana del prodotto laminato si trova in corrispondenza della linea individuata dai risalti dei cilindri; oppure compenetranti ( chiusi ), quando la sezione di laminazione si trova tutta da una parte nei confronti della linea individuata dai punti di contatto dei risalti.

Le disposizioni dei cilindri più frequentemente adottate sono quelle esposte in figura sotto.

Estrusione (torna all段ndice)

L'estrusione è una lavorazione plastica a caldo che consiste nel forzare un materiale convenientemente riscaldato a passare attraverso un foro di forma determinata (matrice).

Si ottiene così un prodotto che ha una certa analogia con i laminati, col vantaggio di poter ottenere sezioni molto più complesse. Il procedimento è molto rapido, economico e richiede attrezzature poco ingombranti; per passare da un profilo ad un altro basta cambiare la matrice. L' estrusione è particolarmente indicata nella fabbricazione di profilati in lega leggera o altri materiali non ferrosi, dalla sezione quanto mai varia e complicata (ad esempio, profilati per serramenti, alberi di imbarcazioni a vela etc.).

La temperatura di estrusione delle leghe di alluminio è circa di 450 -- 500 ーC.

Piccoli pezzi di stagno, piombo, ottone, alluminio (bossoli, piccoli tubi, etc.) possono venir estrusi a freddo.

La pressione di estrusione varia da 500 a 3000 kg/cmイ, le presse idrauliche impiegate per l' estrusione hanno potenze variabili fra 600 e 10000 tonnellate.

Estrusione diretta.

L' estrusione può essere diretta o inversa.Nell' estrusione diretta, un massello riscaldato a temperatura sufficiente per ottenere la massima plasticità, viene introdotto in un cilindro ( contenitore) che termina ad un estremo con un foro di forma corrispondente alla sezione che si vuol ottenere ( matrice ). Uno stantuffo azionato da una pressa idraulica unito rigidamente con un mandrino pressatore comprime il materiale nel contenitore obbligandolo ad uscire estruso dalla matrice.Una piccola porzione di materiale ( fondello ) rimane non estrusa e viene asportata con una segatrice.

Estrusione inversa

Nell' estrusione inversa la cavità contenente il massello è chiusa ad un estremo ed il mandrino pressatore è costituito da un cilindro cavo alla cui testa è fissata la matrice.

Questo pistone tubolare, avanzando, obbliga il metallo plastico a passare attraverso la filiera posta alla estremità; il metallo non si muove rispetto al proprio contenitore e l' attrito risulta diminuito, per cui anche la pressione necessaria risulta minore.

Le moderne presse da estrusione consentono di effettuare sia l' estrusione diretta che quella inversa con semplici operazioni di adattamento. Generalmente si preferisce l' estrusione diretta, anche perchè nell' estrusione inversa il diametro del prodotto estruso è limitato dalla presenza dell' asta pressante cava.

Trafilatura (torna all段ndice)

La trafilatura è un' operazione, basata sulla duttilità, che consiste nell' obbligare una barra di data sezione a passare attraverso un foro di sezione lievemente inferiore, in modo che il materiale si deformi allungandosi ed assottigliandosi. La piastra entro cui è ricavato il foro di passaggio si chiama "trafila" o "filiera". Quando la sezione di partenza è considerevole si parla di trafilatura di barre; se invece la sezione del profilato metallico da trafilare è piccola, si ha la trafilatura dei fili.

Dopo ogni passaggio di trafilatura il materiale incrudisce e le sue caratteristiche meccaniche e tecnologiche variano sensibilmente: l' allungamento diminuisce fin quasi ad annullarsi mentre aumentano la resistenza a trazione, il carico al limite di elasticità e la durezza.

I prodotti di trafilatura sono: barre, filo metallico, funi, chiodi, ribattini, rivetti, viti, molle a spirale, coppiglie, spilli, aghi, rete metallica.

Fucinatura (torna all段ndice)

Nozioni generali.

La fucinatura ( o forgiatura ) è un' operazione che consiste nel deformare a caldo un massello metallico, per mezzo di urti o pressioni, servendosi di mezzi adatti: per la fucinatura manuale si adoperano martelli e mazze; per la fucinatura meccanica si usano macchine agenti per urto (magli) o per pressione (presse).

Il prodotto che si ottiene dalla fucinatura si presenta sotto forma di materiale definito perchè ha già caratteristiche di forma definite, in tutto simili a quelle che il pezzo presenterà dopo le operazioni di finitura alle macchine utensili.

La fucinatura manuale viene usata oggi solo per la fabbricazione di pezzi di piccole dimensioni ( ad esempio: fucinatura di una barretta per utensile a punta singola) oppure per lavorazioni a carattere artigianale e artistico ( lavori di forgia per la fabbricazione di cancellate di ferro battuto, lampadari ed altri oggetti d' arte ).

La fucinatura meccanica viene eseguita invece con l' ausilio delle macchine. Essa può essere libera oppure obbligata.

Nelle fucinatura libera la macchina sostituisce il martello mosso dalla forza manuale dell' uomo; ma viene usata pur sempre come un martello. Il pezzo viene manovrato dall' operatore per mezzo di appositi tenaglioni o, nel caso di pezzi molto grandi, per mezzo di gru o altri apparecchi di manovra. La fucinatura meccanica libera si usa per la fabbricazione di pezzi di grandissime dimensioni oppure come sbozzatura preliminare prima di una fucinatura obbligata.

La fucinatura obbligata è nota col nome di stampaggio e si esegue fra uno stampo ed un controstampo che vengono avvicinati ( di colpo se si fa uso del maglio o gradualmente se si impiega la pressa ) fino a deformare il massello conferendogli la forma desiderata. Lo stampaggio consente la realizzazione di una numerosa serie di pezzi uguali.

La caratteristica principale dei pezzi fucinati consiste nel fatto che essi presentano una struttura fibrosa, spesso visibile ad occhio nudo e corrispondente alle deformazioni orientate che hanno subito i grani cristallini. La fibrosità dei pezzi fucinati segue la forma dei pezzi stessi ( con adattamento paragonabile a quello delle fibre legnose nei rami di un albero ) e conferisce al prodotto una grande resistenza meccanica.

La fucinatura è dunque un procedimento tecnologico particolarmente indicato per la fabbricazione di pezzi fortemente sollecitati aventi forma piuttosto complessa e sezioni relativamente piccole. Non sarà necessario ricorrere alla fucinatura se il pezzo è di forma pressocchè cilindrica ( perchè si potrà ricavare per tornitura da una barra laminata) nè se il pezzo è "corposo" (cioè senza una dimensione che sia sensibilmente maggiore o minore delle altre due ) perchè allora i problemi di resistenza possono essere di importanza minore e potrebbe essere economicamente conveniente ricorrere alla lavorazione per fusione, fabbricando un getto.

Invece la fucinatura apparirà il mezzo ideale per fabbricare, ad esempio, dei leveraggi fortemente sollecitati, bielle, alberi a gomito, flange, fuselli etc.

Da un punto di vista economico la fucinatura presenta vantaggi analoghi a quelli delle fusione e cioè l' eliminazione di molte operazioni di macchina utensile ( spesso limitate alle sole parti che devono venire a contatto fra loro ), un minor spreco di materiale e, nel caso dello stampaggio, la possibilità di ottenere un gran numero di pezzi uguali e di caratteristiche omogenee con tempi di lavorazione minimi.

I materiali destinati alla fucinatura devono presentare la caratteristica di essere malleabili e di poter quindi subire, senza rotture, profondi mutamenti di forma, entro un intervallo di temperatura molto ampio o comunque a temperature non eccessivamente elevate. Tale attitudine dei materiali ad essere lavorati per fucinatura prende il nome di grado di fucinabilità.

Le superleghe sono difficili da fucinare perchè presentano un' elevata resistenza meccanica a caldo; inoltre esse richiedono una temperatura di fucinatura elevata che provoca una rapida usura degli stampi.

Il seguente elenco riporta i materiali fucinabili disposti, nell' ordine, a partire dai più fucinabili, secondo un grado crescente di difficoltà di fucinatura:

1. leghe leggere

2. ottoni e bronzi

3. acciai non legati e legati

4. acciai inossidabili

5. leghe di nichel

6. leghe di titanio

7. superleghe

MateriaIi ottimi da fucinare sono anche le leghe leggere a base di alluminio, gli ottoni e le leghe di titanio con risultati eccellenti dal punto di vista della resistenza meccanica.

 

Fucinatura meccanica. (torna all段ndice)

Come si è detto, la fucinatura meccanica si distingue dall' arte manuale del fabbro perchè fa ricorso alle macchine per ottenere la forza necessaria a deformare il metallo.

Le macchine usate per la fucinatura meccanica,sia libera che obbligata, si possono classificare essenzialmente in due grandi categorie: macchine agenti per urto (magli), che danno un' azione energica ma superficiale; e macchine agenti per pressione (presse), che operano più gradatamente ma in profondità, fino al cuore del pezzo.

Fucinatura al maglio.

I magli sono macchine che deformano i pezzi per urti; essi sono usati tanto per la fucinatura libera che per lo stampaggio.

Un maglio è costituito essenzialmente dalla mazza, dall' incudine e dagli organi motore.

La mazza, costituisce la massa battente; la sua estremità è piana oppure collegata alla metà di uno stampo, secondoché si operi una fucinatura libera o uno stampaggio. Essa viene sollevata ad una certa altezza per mezzo di adatti organi motori e fatta cadere sul pezzo, appoggiato sull' incudine. Nel caso dello stampaggio, all' incudine è fissato il controstampo. L' incudine, detta anche dama, ha un peso da 20 a 30 volte quello della mazza.

Fucinatura alla pressa.

La fucinatura di pezzi di grandi dimensioni - tanto libera, che obbligata - si esegue preferibilmente alla pressa che dispone di una potenza superiore a quella del maglio.

L' azione del maglio si esplica solo in prossimità della superficie dei pezzi; invece l' azione della pressa è continua e progressiva e si esplica in profondità fino al cuore dei pezzi; la forza di compressione raggiunge il massimo valore a fine corsa. Altri vantaggi della pressa sono quelli di non essere rumorosa, di non dar luogo a vibrazioni e di non richiedere fondazioni molto grandi. Nel caso di stampaggio alla pressa, la durata degli stampi è maggiore.

 

Operazioni elementari di fucinatura.

a) Spianare e stirare. Per spianare, cioè ridurre piana una superficie, si batte con la bocca del martello e con una presella a base larga.

Per stirare si ottiene un più efficace lavoro del martello concentrandone l' effetto su una superficie piccola, e perciò si batte con la penna in una data direzione fissa se si vuole avere un distendimento determinato. Per un distendimento uniforme si batte con la penna del martello, girando il pezzo di 90ー ad ogni colpo. Si facilita il lavoro adoperando le preselle piane.

b) Ricalcare o rifollare. Si batte il pezzo di punta con il martello e si ottiene così un rigonfiamento maggiore dove il pezzo è più caldo. Per rifollare un punto intermedio basta perciò raffreddare l' estremità. Per fare la testa a un pezzo basta riscaldarne l' estremità da lavorare.

c) Strozzare o farne un colletto. Si tratta di ridurre una sezione intermedia alla forma e dimensioni che si desiderano. Converrà perciò usare un adatto stampo con controstampo.

d) Tagliare. Si può impiegare un tagliolo o trancia, oppure anche uno scalpello. Si possono usare anche cesoie meccaniche.

e) Forare. Si può impiegare il punteruolo o il punzone operando sul foro dell' incudine. Con il punteruolo non si asporta materiale e il foro risulta slabbrato. Col punzone invece il foro risulta netto e preciso.

f) Incurvare e piegare. Si può piegare in aria portando a sbalzo l' estremità da piegare e battendo sull' estremità sporgente con la bocca del martello. Per ottenere uno spigolo vivo bisogna rifollare in precedenza la zona dello spigolo onde provvedere al maggior sviluppo della parte esterna dell' angolo. Per grossi pezzi si impiegano apparecchi a vite costituiti da uno staffone e da un pressoio. Pezzi in serie si piegano sopra una sagoma.

g) Imbutire. Significa produrre un incavo in una lamiera, o rialzarne i bordi per ricavarne una specie di coppa. Il lavoro di imbutitura è abbastanza comune a freddo come a caldo. Si può eseguire con presse specialmente adatte ( imbutitrici ), o anche al tornio. A mano si può eseguire per distendimento della parte centrale eseguito appoggiando il pezzo su una matrice e battendo con adatto martello a bocca tonda. Oppure si può procedere per rialzo dell' orlo della lamiera. Occorre perciò un sostegno cilindrico, attorno al quale si battono gli orli della lamiera.

Stampaggio a caldo (torna all段ndice)

Nozioni generali.

Per eseguire una serie numerosa di pezzi, la fucinatura libera non risulta economicamente conveniente perchè da luogo ad un sovrametallo eccessivo ( per cui le successive operazioni di macchina utensile sono lunghe e laboriose ) e perchè i tempi di esecuzione sono assai lunghi. Volendo ottenere una serie numerosa di pezzi con una buona finitura ( tale da ridurre al minimo la successiva lavorazione con asportazione di truciolo ) si ricorrerà allo stampaggio che consiste nella deformazione del metallo, opportunamente riscaldato, eseguita fra due cavità ( stampo e controstampo ) che hanno in negativo la forma del pezzo da eseguire. I vantaggi principali dello stampaggio si riassumono nella possibilità di eseguire un gran numero di pezzi uguali con elevate caratteristiche meccaniche ( grazie alla fibrosità orientata secondo la forma del pezzo ) e soprametalli minimi.

Lo stampaggio si esegue con macchine agenti per urto ( magli ) o per pressione ( presse ) e fornisce pezzi quasi finiti: in genere la lavorazione finale di macchina utensile si esegue solo sulle superfici che vengono a diretto contatto con quelle di altri pezzi per via di collegamenti stabili o mobili.

Svariatissima è la gamma di pezzi che si ottengono con lo stampaggio: alberi a gomito, bielle, bilancieri, fuselle,leveraggi, pistoni, sfere per corpi macinanti, forbici, pinze e altri utensili manuali, posate, strumenti chirurgici, carcasse e basamenti di apparecchiature varie.

Lo stampaggio a caldo, ossia la fucinatura obbligata a caldo al maglio o alla pressa, non va confuso con lo stampaggio a freddo delle lamiere.

Non sempre avviene che un pezzo venga eseguito con sole operazioni di stampaggio diretto, come pure, inversamente, raro è il caso di pezzi che siano eseguiti completamente solo con operazioni di fucinatura libera. In molti casi si procede prima ad una sbozzatura con operazioni di fucinatura libera e poi si compie la finitura con operazioni di stampaggio.

Nel caso di grandi serie di pezzi aventi dimensioni d' ingombro limitate si cerca di evitare il ricorso alla fucinatura libera e si preferisce eseguire, se possibile, uno stampaggio preliminare ottenuto fra stampo e controstampo, che conferisce al massello la forma di uno sbozzato destinato poi allo stampaggio finale.

 

In generale la produzione di un pezzo stampato a caldo comprende la seguenti fasi:

1. taglio del massello, a misura tale da ottenere un volume pari a quello del manufatto più le bave, con una opportuna maggiorazione per tenere conto del calo al fuoco;

2. riscaldamento in forni a nafta fino alla temperatura di stampaggio;

3. sbozzatura preliminare al maglio e formazione della " presa di ferro ", sporgenza necessaria per consentire la manipolazione del pezzo;

4. stampaggio tra stampo e controstampo in una o più riprese;

5. asportazione della bava, facendo uso di matrice e punzone di forma corrispondente al profilo del pezzo.

Matrici da stampaggio. (torna all段ndice)

Per lo stampaggio di un pezzo si fa uso di due blocchi metallici detti stampi nei quali è ricavata in negativo la forma dei pezzi da ottenere. In uno stampo completo distinguiamo: la metà superiore, la metà inferiore e la linea di bava, che corrisponde al piano di combaciamento dei due stampi. In uno dei due stampi notiamo ancora: la cavità dello stampo, con lo scarico per le bave; il foro di manovra per il trasporto e la posa in opera; l' incastro a coda di rondine per l' attacco alla mazza o all' incudine.

Per facilitarne il riempimento della cavità e l' estrazione del pezzo, le pareti idealmente verticali hanno in realtà una svasatura che prende il nome di spoglia o sformo. L' angolo di spoglia si indica con . Se fosse = 0ー il metallo forgiato aderirebbe allo stampo e l' estrazione sarebbe impossibile.

Metodi di stampaggio.

Stampaggio alla barra

a) Stampaggio senza sbozzatura preliminare. Quando si debbano eseguire piccoli pezzi per i quali la sbozzatura iniziale non sia necessaria, data la semplicità della forma, oppure sia difficoltosa, si potrà passare direttamente allo stampaggio senza sbozzatura preliminare, purchè la forma del pezzo da ottenere non si scosti eccessivamente da quella della barra; diversamente la formazione delle bave risulta irregolare oppure lo stampaggio risulta incompleto.

b) Stampaggio con stiramento locale della barra. Se una parte del pezzo comporta una riduzione sensibile di volume, lo stampaggio diretto dalla barra comporterebbe, in tale zona, un eccesso considerevole di materiale; conviene allora effettuare col maglio uno stiramento locale che provochi un adeguato sottigliamento della sezione della barra nella zona considerata.

c) Stampaggio con formatura preliminare. Se la forma del pezzo è abbastanza prossima a quella della barra ma il suo asse longitudinale presenta deviazioni sensibili, si rende necessaria una formatura preliminare che si ottiene pressando il pezzo fra due sedi ricavate ai bordi della matrice.

Stampaggio a pezzi separati

In questo caso si parte da un massello di volume precedentemente determinato e quindi corrispondente a quello del pezzo. Il massello può venir ricavato da una barra o da una billetta. Nello stampaggio a pezzi separati si possono seguire i metodi seguenti:

a) Stampaggio senza preparazione. Si può passare direttamente allo stampaggio, senza sbozzatura preliminare, quando la forma del pezzo sia semplice e abbastanza prossima a quella del massello o quando la sbozzatura preliminare al maglio risulti difficoltosa.

b) Stampaggio con presa di ferro. Per facilitare la manovra del pezzo può essere conveniente ricavare precedentemente al maglio una sporgenza attanagliabile, denominata " presa di ferro "; in qualche caso può essere necessario applicare la presa di ferro con operazioni di saldatura.

c) Stampaggio con trasformazioni preliminari. Pezzi complessi possono richiedere operazioni preliminari di sbozzatura al maglio ( è il caso più frequente ), di stiramento, di curvatura o piegamento entro sedi ai bordi delle matrici etc.

 

Lavorazione delle lamiere (torna all段ndice)

Taglio e punzonatura

Meccanismo del taglio.

Il taglio è un' operazione che si effettua per mezzo di utensili o di macchine adatte alla recisione costituite essenzialmente da due lame taglienti, dotate di opportuna spoglia sulla faccia interna ( angolo ); la lama superiore preme contro quella inferiore in modo da operare il distacco di una parte della lamiera allo scopo di ottenere una figura di forma definita.

La resistenza unitaria alla recisione del materiale è indicata dalla t .

In generale, è utile esprimere in funzione del carico di rottura a trazione Rm e, avuto anche riguardo allo sforzo di attrito fra lame della cesoia e lamierato si può assumere orientativamente = 1,2 -- 1,3 Rm .

Tranciatura alla pressa.

La tranciatura delle lamiere alla pressa, detta anche punzonatura, è un' operazione che provoca il distacco di una porzione di lamiera, secondo un contorno corrispondente alla sezione di un utensile tranciante, detto punzone. La recisione avviene per l' azione di pressione esercitata dal punzone nella sua corsa di lavoro contro la lamiera predisposta sopra una matrice.

La matrice è dunque una specie di stampo, forato secondo un contorno corrispondente al contorno del foro che viene ricavato nella lamiera.Il bordo della matrice presenta un angolo di spoglia di 1ー -- 2ー.

Taglio termico delle lamiere. (torna all段ndice)

Merita ricordare che il taglio delle lamiere non si fa solo per via meccanica ma anche per via termica o pseudotermica facendo ricorso al cannello da taglio, oppure al laser, o al plasma.

a) Taglio al cannello. Questo procedimento, denominato anche ossitaglio, è basato sull' impiego di un cannello simile a quello ossiacetilenico da saldatura.

Nella fase iniziale, di innesco del taglio, ossigeno ed acetilene provocano un riscaldamento fino a raggiungere la temperatura necessaria per il funzionamento del processo di taglio ad ossigeno, temperatura che è di 1000 ーC: Raggiunta questa temperatura, si ha la fase del taglio vera e propria, durante la quale dal cannello effluisce solo ossigeno, che trasforma il ferro in ossido liquido.

Il taglio al cannello viene usato quando si tratta di operare con lamiere di grande spessore ( si possono tagliare anche piastroni di 150 mm ).

Si può eseguire il taglio manuale,guidando il cannello ( eventualmente poggiante su carrellino a ruote ) secondo un contorno qualsiasi, oppure automaticamente, con apparecchiatura a pantografo che segue le istruzioni di una cellula fotoelettrica che "legge" il contorno da seguire; o con un portale che sorregge più cannelli che, con una unica unità di istruzione, eseguono più tagli simultanei uguali.

Si possono anche eseguire tagli inclinati in modo da avere direttamente la preparazione dei bordi di saldatura con smussi a X o V.

Varianti del taglio ossiacetilenico sono il taglio subacqueo di lamiere ( demolizioni e recuperi ), in cui il cannello è provvisto di una corona esterna da cui fuoriesce aria o ossigeno sotto pressione, per allontanare l' acqua circostante, ed il taglio oxyarc, ossia con arco elettrico ed elettrodo forato longitudinalmente, dal quale ,viene fatto effluire ossigeno.

b) Taglio al laser. E' questo uno dei metodi più sviluppati negli ultimi tempi e che promette applicazioni sempre più interessanti. Si tratta di un raggio luminoso ( fascio di fotoni ) in cui le onde di luce hanno tutte la stessa direzione e lunghezza d' onda, con una caratteristica tipica di poter concentrare su superfici piccolissime ( diametro di un millesimo di millimetro ) energie elevatissime e tali da poter ottenere, " localmente ", temperature incredibilmente elevate ( qualche milione di gradi ).

Non sono adatti al taglio al laser l' alluminio e le sue leghe, ciò a causa della sua elevata conduttività termica e del loro potere riflettente.

c) Taglio al plasma. Il plasma è una corrente di gas ionizzato avente altissima temperatura ( fino a 30000 ーC ). Anche nel taglio al plasma si può far uso di un centro CN per il comando automatico della lamiera che viene fatta spostare sotto al getto di plasma, secondo il contorno desiderato. Si possono ottenere tagli pressoché perfetti su lamiere dello spessore di 20 mm su materiali difficili da tagliare con altri metodi quali l' alluminio.

Deformazione libera a freddo (torna all段ndice)

Si possono raggruppare sotto il nome di " lavorazioni sulle lamiere per deformazione libera a freddo " quelle nelle quali la lamiera subisce operazioni di piegatura, curvatura, profilatura con posizionamento libero della lamiera entro la macchina, sicché l' operaio può localizzare a suo piacimento, secondo il disegno costruttivo, la zona in cui si vuol ottenere la deformazione. Le operazioni che invece si effettuano alla pressa secondo forme e profili condizionati dalla forma dei punzoni e delle matrici rientrano nella categoria dello stampaggio alla pressa.

Spianatura.

Prima di effettuare successive lavorazioni è necessario che la lamiera impiegata sia perfettamente piana ed occorre quindi eliminare le deformazioni che possono essersi verificata durante il trasporto ed il magazzinaggio oppure quelle conseguenti a difetti di laminazione. La spianatura si effettua con macchine spianatrici costituite da due serie parallele di cilindri attraverso i quali viene fatta passare la lamiera.

Piegatura.

Si esegue con macchine che nell' aspetto somigliano molto a delle cesoie a lame parallele con la differenza che la lama superiore è sostituita da un punzone ( di forma approssimativamente simile a quella di una lama da taglio e con la differenza che le superfici di lavoro corrispondono all' angolo diedro della piegatura che si vuol ottenere), mentre in luogo della lama inferiore si ha ora uno stampo che riproduce in negativo la forma del punzone.

Bordatura.

L' operazione di bordatura consiste nel formare un bordo concavo o convesso all' estremità di un pezzo piano o cilindrico, con macchine dette bordatrici, costituite da due rulli profilati a seconda del tipo di bordo desiderato, fra i quali si fa passare la lamiera. In qualche caso la bordatura può consistere nell' esecuzione di una serie di gole parallele che, funzionando da nervature, aumentano la resistenza del pezzo.

Si hanno le operazioni di nervatura e di scalinatura. Una doppia bordatura sufficientemente pronunciata consente di riunire pezzi staccati di lamiera o le estremità di una stessa lamiera, piegata o curvata a tubo, sì da ottenere un collegamento ermetico. Questa operazione prende il nome di aggraffatura e si esegue con macchine aggraffatrici speciali, munite di rulli orlatori che eseguono sia l' aggraffatura interna che quella esterna.

Curvatura.

E' l' operazione con cui una lamiera piana viene progressivamente curvata fino a formare un cilindro, quale potrebbe essere ad esempio il corpo principale di un serbatoio oppure un tubo di grande diametro.

L' operazione si effettua con una macchina della calandra o curvatrice costituita da tre rulli ad asse orizzontale. I due rulli inferiori, ruotando, trascinano la lamiera mentre il terzo obbliga a curvarsi.

Il rullo superiore è regolabile in altezza: più viene avvicinato ai rulli inferiori e più piccolo diviene il raggio di curvatura della lamiera.

Ad operazione ultimata il rullo superiore viene sollevato completamente in modo da rendere possibile l' estrazione del corpo cilindrico finito.

Profilatura a freddo.

 

(torna)

Per la fabbricazione di profilati metallici di forma complessa e di piccolo spessore, usati in edilizia per serramenti; battute di porte e finestre, pannelli per soffiature etc., si può partire dal nastro metallico piegandolo fino ad ottenere il profilo desiderato.

Profilatura a rulli.

Un metodo molto rapido per la profilatura continua di nastro metallico è quello di deformarlo progressivamente a freddo facendolo passare attraverso una serie di coppie di rulli sagomati (fino a 24 coppie). Le profilatrici sono macchine relativamente semplici e sono costituite in pratica da un lungo bancale che porta le coppie di rulli deformatori. Però il disegno del profilo dei rulli richiede molta cura e esperienza; è facile compiere errori che causano svergolature o grinze nel profilato.

Stampaggio a freddo delle lamiere (torna all段ndice)

Imbutitura alla pressa.

L' imbutitura è una operazione di stampaggio a freddo delle lamiere, per mezzo della quale si trasforma una lamiera piana in un pezzo avente una superficie non sviluppabile e cioè una superficie a doppia curvatura, come ad esempio: una coppa, una semisfera, una calotta sferica, un' ogiva etc., deformando la lamiera mediante punzone e matrice.

La lavorazione su superfici sviluppabili sono relativamente semplici, perchè non è necessario che il materiale sia molto deformabile.

Le operazioni di imbutitura sono invece molto difficili e complicate, sebbene molto diffuse.

Si comprenderà l' importanza dell' operazione di imbutitura appena ci si soffermi ad esaminare la applicazioni industriali delle lamiere imbutite: basterà ricordare le parti di carrozzeria delle autovetture, i parafanghi delle biciclette e motociclette, scatole, pentolame, serbatoi.

L' imbutitura alla pressa si esegue costringendo una porzione di lamiera ad adattarsi alla forma di un punzone premente, azionato da una pressa. Per impedire la formazione di grinze sull' orlo della lamiera imbutita è necessaria l' adozione di un anello premi-lamiera che tiene ferma la porzione di lamiera al di fuori del punzone. E' importante dosare convenientemente la pressione del premilamiera perchè una pressione eccessiva impedisce lo scorrimento della lamiera e può provocare una rottura in corrispondenza della matrice; viceversa una pressione insufficiente dà luogo alla formazione di pieghe sulla parete non imbutita. I valori per una lega di alluminio è il seguente 1,6 N/mmイ. (torna)