Università di Trento

Facoltà di Ingegneria

Corso di laurea in Ingegneria dei Materiali

La MONETAZIONE

di Giovanna Bettonte (1758IM)

Corso di: Metallurgia dei metalli non ferrosi

Docenti: prof. ing. Diego Colombo

Anno Accademico. 2001/2002

Il materiale contenuto in questo lavoro è di pubblico dominio o tratto da documenti in rete. Qualora vi fossero parti coperte da copyright scrivete a Giovannabe@yahoo.it  , saranno rimosse.


SOMMARIO

SOMMARIO................................................................................................................. 1

INTRODUZIONE E CENNI STORICI....................................................................................... 2

SCELTA DEL MATERIALE.................................................................................................. 3

Aspetti generali..................................................................................................... 3

(a)    Facilità Di Coniatura.............................................................................................................. 3

(b)   Aspetto Estetico.................................................................................................................... 3

(c)    Batteriostaticità.................................................................................................................... 4

(d)   Resistenza a: abrasione, urto, usura......................................................................................... 4

Caratteristiche meccaniche..................................................................................... 5

Caratteristiche elettriche e magnetiche modulabili.................................................... 8

(i.)   Conducibilità Elettrica........................................................................................................... 8

(ii.)  Permeabilità Magnetica........................................................................................................ 10

Resistenza a corrosione......................................................................................... 10

Caratteristiche dimensionali, design e composizione dell’Euro...................................... 13

PROCESSO DI MONETAZIONE.......................................................................................... 15

Prima ‘macrofase’: produzione di lamine o tondelli.................................................... 15

Seconda Macrofase: dai laminati alle monete!........................................................... 17

Lo sviluppo delle matrici......................................................................................... 17

Tranciatura dei tondelli........................................................................................... 19

Orlatura............................................................................................................. 20

Ricottura............................................................................................................ 21

Lucidatura.......................................................................................................... 21

Coniatura........................................................................................................... 22

Imballaggio......................................................................................................... 24

Stoccaggio.......................................................................................................... 25

MONETE BI-METALLICHE: COME PRODURLE......................................................................... 25

CONCLUSIONI............................................................................................................ 26

BIBLIOGRAFIA........................................................................................................... 27


INTRODUZIONE E CENNI STORICI

Da alcuni mesi in Europa stiamo vivendo un momento storico molto particolare. Dal 1° gennaio 2002, come ormai noto a tutti, si è introdotta la moneta unica, ovvero l’Euro, di cui ormai si stava parlando da diverso tempo, ma che, fisicamente, non si era mai vista.

E allora, da dove nascono le monete? Chi le produce? Di che materiale sono costituite?

Il rame e le sue leghe sono da sempre impiegati nel campo della monetazione per le loro caratteristiche peculiari (resistenza alla corrosione, proprietà battericida, valore estetico della colorazione ottenibile con l'aggiunta di altri elementi, facilità di conio ecc.,). Così, anche per i principali tagli dell'Euro le leghe di rame sono largamente rappresentate dal ‘Nordic Gold’ (CuAl5Zn5Sn1)Brass (CuZn20Ni5)e dal ‘Cupronickel (CuNi25).

Il processo di produzione delle monete, detto monetazione, è molto complesso ed intricato: si parte dalla preparazione del metallo grezzo usato nelle monete fino ad arrivare alla fase di vero e proprio conio delle monete (tramite pressa). Solo ad un approccio superficiale, quindi, una moneta può sembrare di facile realizzazione. In effetti è molto sofisticato: un esame più accurato infatti mette in evidenza le difficoltà che i produttori di leghe per monete ed le zecche si sono trovati a dover risolvere insieme. In particolare si sono dovute affrontare le problematiche connesse con il riconoscimento automatico da parte delle ‘vending machines che richiedono tolleranze dimensionali e di conducibilità elettrica molto ristrette.

Inoltre, per le monete rivestite (bistrato) è necessaria una operazione di unione tra i due strati di rame-nichel, al cuore di puro rame.

Nel corso della relazione seguiremo fase per fase tutto il processo di monetazione. Ma cominciamo con un po’ di storia. Il rame e le sue leghe, insieme a oro ed argento, sono da sempre stati impiegati per la produzione di monete: le prime monete dell'antica Grecia furono di oro e di rame: i Romani fecero largo uso del rame, tanto che Servio Tullio (578 a.C.) coniò solo monete in questo metallo e le chiamò "pecunie". Successivamente Augusto (23 a.C.) coniò monete di rame chiamate "assi". Ricordiamo infine il "quattrino" del Medio Evo (così chiamato perché valeva quattro denari), coniato dalla Repubblica Fiorentina, termine ancora oggi in uso come sinonimo di denaro. Nel 1865 fu costituita fra Italia, Francia, Svizzera e Belgio "L'Unione Monetaria Latina", basata su un rapporto fisso di valori tra oro, argento e rame. Ancora oggi, se consideriamo le monete circolanti in Europa, ci accorgiamo che la maggior parte di esse sono costituite da leghe di rame o combinazioni di esse con altri metalli. Storicamente, rispetto all’argento e all'oro, questo metallo si è affermato nel campo della monetazione essenzialmente per la sua abbondanza, che ne assicurava la permanente disponibilità, e per la facilità di coniatura.

SCELTA DEL MATERIALE

Perché il rame e le sue leghe si affermano tuttora come le più largamente impiegate ne settore della monetazione? Di seguito proviamo ad analizzare alcuni aspetti che spiegano il perché di tale scelta.

Aspetti generali

(a)  Facilità Di Coniatura

La facilità di coniatura, insieme al maggiore valore “estetico”, è uno dei principali motivi che fa preferire le leghe di rame all'acciaio. Le condizioni per le quali un metallo duttile è idoneo al conio possono venire stabilite in termini di carico di compressione che il sistema di matrici deve esercitare sul pezzo per coniarlo: in particolare il risultato è funzione della resistenza e delle caratteristiche di deformazione del materiale e, come è noto. le leghe di rame uniscono a buone caratteristiche meccaniche una elevata duttilità.

(b)  Aspetto Estetico

Le gradevoli tonalità dal rosso, al giallo oro, al bianco argento che è possibile ottenere alligando il rame con altri metalli rappresentano uno degli elementi principali per cui da sempre questo elemento è stato scelto per la coniazione di monete. In effetti, come si può osservare sinteticamente nel diagramma di fig.1 (relativo al sistema CuZn. e CuNi), con il rame e le sue leghe è possibile ottenere un'ampia gamma di colorazioni. a seconda del tipo e della quantità dell’elemento (o degli elementi) aggiunti. Sempre la stessa figura evidenzia come, a parità di concentrazione, l’effetto di un metallo "bianco" aggiunto al rame, può, dal punto di vista del colore, essere notevolmente diverso per cui mentre un ottone con concentrazione anche elevata di zinco (fino al 40% ) è ancora una lega gialla, il nichel aggiunto al rame in concentrazione del 20% dà una lega nettamente bianca. Una gradevole colorazione simile all'oro viene ottenuta con leghe ternarie che impiegano l'alluminio e lo zinco, come per esempio nel caso della lega Nordic Gold (CuAI5Zn5Snl), scelta per le monete da 10, 20 e 50 centesimi di EURO.

Figura 1 - Variazioni di colore in relazione alla quantità di zinco o di nichel aggiunte al rame.

(c)   Batteriostaticità

Per batteriostaticità si intende la proprietà di bloccare la proliferazione di batteri nocivi. Il rame possiede tale caratteristica e ciò e tenuto in considerazione in vari campi di applicazione come per esempio nella produzione di maniglie (generalmente in ottone), impiegate soprattutto negli edifici pubblici (primi fra tutti gli ospedali) e per le tubazioni per impianti di distribuzione dell'acqua potabile (Cu disossidato al fosforo). In questo ultimo caso numerosi studi hanno dimostrato che il rame svolge una forte azione inibitrice nella proliferazione di molti batteri patogeni che possono essere presenti nell'acqua potabile, fra cui la temibile Legionella pneumophila, responsabile di una forma molto grave di polmonite fulminante. L'aspetto batteriostatico del rame è tenuto in forte considerazione anche nella produzione delle monete che, passando di mano in mano, possono costituire un facile veicolo di diffusione delle malattie.

(d)  Resistenza a: abrasione, urto, usura

Poiché le monete sono soggette a continua manipolazione e a sfregamento le une con le altre (nei portafogli, nelle tasche, nei registratori di cassa, nelle ‘vending machines ecc.) è evidente che i metalli di cui sono fatte devono avere proprietà meccaniche sufficientemente elevate. a garantire nel tempo o le tipiche caratteristiche dimensionali e di conio di ciascun tipo di moneta. Questa è una delle ragioni per cui il rame viene raramente usato da solo per la fabbricazione di monete ma si trova sempre in aggiunta ad altri metalli, che ne aumentano le caratteristiche meccaniche.

Caratteristiche meccaniche

L'elevata duttilità del rame e delle sue leghe rende possibile eseguire cicli di deformazione plastica a freddo anche molto spinti senza dover ricorrere a ricotture intermedie. Vista l’influenza della lavorazione a freddo sulle caratteristiche meccaniche della lega i cicli di lavorazione vengono messi a punto dal produttore del laminato in modo da ottenere un prodotto finale che abbia durezza, carico di rottura/snervamento ed allungamento percentuale tali da rientrare nelle specifiche richieste dal produttore del tondello.

Nei seguenti grafici (Figura 2, Figura 3, Figura 4) sono riportate le curve di carico di rottura e snervamento vs. riduzione % determinate sperimentalmente e relative alle leghe Nordic Gold, Nichel Brass e Cupronichel 25.

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Dal confronto dei grafici riportati nelle figure precedenti, emerge che il Nordic Gold ha una maggiore riserva di plasticità rispetto alle altre due leghe: in effetti vediamo che il valore del carico di snervamento non raggiunge mai quello del carico di rottura, anche per alte riduzione percentuali (cfr. Figura 2).

D’altra parte per le leghe Nichel Brass CuNi25 anche per deformazioni non molto spinte non vi è più margine fra carico di snervamento e carico di rottura. La maggior riserva di plasticità del Nordic Gold è confermata anche dalla curva che riporta l’allungamento percentuale rispetto all’entità della deformazione plastica (cfr. Figura 5).

Figura 5:variazione dell’allungamento percentuale in funzione della riduzione percentuale

 

Dai grafici precedenti, unitamente a quello riportato in Figura 6, relativo alla durezza, emerge inoltre che il Nordic Gold ha caratteristiche meccaniche superiori rispetto al Nichel Brass ed ancor di più al Cupronichel 25.

Figura 6 – variazione della durezza HV in funzione della riduzione di sezione percentuale

Caratteristiche elettriche e magnetiche modulabili

(i.)        Conducibilità Elettrica

Tra le proprietà fisiche dei materiali per coniatura la conducibilità elettrica riveste un ruolo di primo piano in relazione all'uso delle monete nelle “vending machines”. In effetti questo è uno dei principali parametri (oltre a diametro, spessore e peso) di cui si servono tali macchine per discriminare le monete; l' effetto di metalli alliganti permette di ottenere valori di conducibilità diversa a seconda del tipo e della concentrazione di metallo aggiunto. Per esempio la lega Nordic Gold (CuAI5Zn5Snl), impiegata per le monete da 10, 20 e 50 cent di Euro, ha una conducibilità elettrica dell’ordine del 16 % IACS mentre la lega Nickel Brass (CuZn20Ni5), che costituisce il cuore della moneta da 2 Euro e la corona di quella da 1 Euro, ha una conducibilità elettrica di 14,5% IACS.

Come noto la conducibilità elettrica è funzione, a parità di composizione chimica e di tenore di impurezze, sia dello stato fisico del metallo (cotto o incrudito) sia della temperatura. Ciò introduce delle variabili di cui devono tenere conto sia i produttori di laminati/monete sia i costruttori delle ‘vending machines.

La variazione della conducibilità elettrica in funzione dell’incrudimento espresso spesso come riduzione percentuale dello spessore del laminato è diversa nelle tre leghe in esame. Nel caso del Nordic Gold si ha una sensibile diminuzione della conducibilità elettrica all’aumentare dell’incrudimento (DIACS% circa 2.5 unità passando da 0 a 86% di riduzione %) mentre sia per il Nichel Brass che per il Cupronichel 25 l’influenza dello stato fisico sulla conducibilità risulta essere notevolmente inferiore (circa 0.5 per il primo e 0.2 per il secondo).

Questo fatto implica che l’operazione di coniatura può influenzare sensibilmente la conducibilità elettrica delle monete di Nordic Gold (stimata in una diminuzione di 0.2 massimo 0.4 IACS%) mentre l’incrudimento prodotto dal conio ha influenza trascurabile sulla conducibilità elettrica sia del Nichel Brass che del Cupronichel 25.

In riferimento alla temperatura è evidente che le condizioni ambientali a cui è sottoposta una moneta in Paesi a clima freddo(es. Finlandia) sono notevolmente diverse da quelle a cui sottostanno le monete nei Paesi a clima caldo (es. Italia e Spagna).

Per valutare l’influenza della temperatura sella conducibilità elettrica delle leghe da monetazione sono state effettuate misure di resistenza elettrica con apparecchiatura Leybold RW2+RGDS51 su laminati nello stato fisico sia di crudo sia di cotto, nell’intervallo di temperatura compreso tra -40°C e + 40°C. I valori ottenuti sono riportati nei grafici seguenti (cfr.                 Figura 7, Figura 8, Figura 9).

                                                                          Figura 7

Figura 8

Figura 9

A titolo di esempio, una moneta di Nordic Gold avrà una variazione di conducibilità che potrà verosimilmente oscillare tra 13,72 IACS% (40° C) e 14,40 IACS% (-20°C) solamente per effetto delle condizioni climatiche. Per il Nickel Brass si va da 14,3 IACS% (a -20°C) a 13,7 IACS% (a+40°C) mentre, nel caso del Cupronichel, la variazione di conducibilità nello stesso intervallo di temperatura scende a circa 0,1 IACS%.

(ii.)        Permeabilità Magnetica

Un’altra caratteristica che spesso viene sfruttata ai fini delle discriminazione delle monete dai distributori automatici è la permeabilità magnetica. Il nichel ed il ferro hanno elevate proprietà magnetiche e la loro aggiunta alle leghe di rame, che generalmente hanno valori di permeabilità magnetica intorno a 1, permette di modulare tale proprietà. Per accentuare ulteriormente questo effetto si ricorre a monete placcate in cui lo strato più interno è costituito da nichel ( es. monete da 1 e 2 EURO).

Resistenza a corrosione

Per le monete è desiderabile che la colorazione, sia che richiami quella de1l'oro sia quella dell’argento, si mantenga il più a lungo possibile. Per tale motivo un parametro da tenere ben presente nella scelta di una lega per monetazione è la resistenza che essa offre agli agenti corrosivi. Infatti, un’insufficiente resistenza alla corrosione causa, in tempi più o meno brevi, una opacizzazione della superficie della moneta ("tarnishing").

Gli studi di resistenza al tarnishing sono generalmente basati su metodi elettrochimici o su test comparativi di resistenza alla corrosione in ambienti diversi.

Vari sono i metodi utilizzati nella determinazione della resistenza al tarnishing ma, in ogni caso, tutti prevedono una valutazione visiva, e quindi soggettiva della superficie dopo trattamento in ambienti corrosivi. Il fatto è che nel caso delle leghe da monetazione, in virtù della peculiarità d’uso del prodotto finito, è praticamente impossibile poter riprodurre in laboratorio tutte le varie situazioni ambientali in cui una moneta si potrà venire a trovare nel corso del tempo, perciò può succedere che i risultati di rigorosi test di laboratorio siano poi smentiti dal comportamento verificato nella pratica. Ciò spiega perché spesso i test di resistenza al tarnishing dedicati alle leghe da monetazione includano prove piuttosto empiriche come per esempio quella di distribuire monete a individui diversi che le dovranno tenere nelle tasche dei propri indumenti per un certo stabilito periodo al termine del quale non sarà difficile scoprire che la stessa lega ha avuto un comportamento diverso con individui diversi.

A titolo di esempio sono riportati alcuni test tratti dalla bibliografia ed utilizzati per determinare la resistenza al tarnishing di leghe di rame:

a)     In "Kupfer-Muenzwerkstoffe Hoher Korrosions - und Anlautbestaendigkeit" Z. Metallkd, 73 (8), 522-525 (August 1982) è riportato che test accelerati di contatto con il solo sudore umano artificiale hanno dato risultati in contrasto con l' esperienza. Per simulare con maggiore attendibilità il comportamento delle monete nell'uso corrente la resistenza al tarnishing è stata valutata attraverso 5 differenti prove di corrosione eseguite, per una durata di 20 giorni, in differenti condizioni ambientali per simulare diversi livelli di aggressività. Il comportamento al test è stato poi valutato visivamente e quantificato assegnando un numero da 1 a 5 dove 1= eccellente resistenza al tarnishing e 5= pessima resistenza al tarnishing (cfr.Figura 10).

b)      Nel test suggerito in ‘US Patent 4,644,674 (feb. 24, 1987)’ è riportatala seguente prova: un set di monete costituite da diverse leghe sono state tenute nelle tasche inizialmente per un periodo da 1 a 4 mesi (prima prova) e successivamente per un periodo da 6 a 9 mesi (seconda prova). Al  termine di ogni prova è stata eseguita una indagine visiva delle superfici. I risultati sono di seguito riportati in ordine decrescente di resistenza al tarnishing (cfr. Figura 11). Si può notare come certe leghe, come la CuZn20Sn5, migliorano notevolmente la loro posizione nella classifica passando dalla prima prova (posizione 12) alla seconda prova del test (posizione 3).

Figura 10 - Risultati del test descritto in “Kupfer-Muenzwerkstoffe Hoher Korrosion – und Anlaufbestaendigkeit”.

Figura 11 - Risultati del test di corrosione descritto in US Patent 4,644,674.

Caratteristiche dimensionali, design e composizione dell’Euro

Dal primo Gennaio 2002 l'Euro ha iniziato a circolare negli 11 paesi che hanno aderito alla moneta unica con banconote in 7 diversi tagli e con monete in 8 conii.

Le direttive primarie volte alla scelta del design dell'Euro assegnavano alle zecche di ogni singolo paese partecipante la possibilità di scegliere il disegno per una faccia di ogni taglio mentre l'altra avrebbe avuto un design comune.

Luc Luycx, designer della Zecca Belga, è stato scelto da un’apposita commissione per creare il lato comune dell'Euro e, potendo scegliere tra tre temi: architettura, personaggi europei famosi e soggetti astratti, ha optato per quest’ultimo. Il tema scelto da Luycx rappresenta il cammino dei paesi europei verso l’unificazione; nelle monete da 1, 2 e 5 centesimi gli stati si avvicinano gradualmente gli uni agli altri fino a fondersi nel conio delle monete da 1 e 2 Euro.

Nel disegnare il conio Luycx ha cercato di rendere facilmente identificabile il taglio della moneta nei vari conii indicandolo in grande dimensione e in differente posizione rispetto al motivo. Le altre caratteristiche che rendono facilmente identificabili le monete sono:

*      Differente sezione e peso

*      Differente materiale usato e colore

*      Bordi lavorati in maniera differente per ogni conio.

Nella scelta dei materiali si è cercato di fare attenzione anche a problemi di salute pubblica. Per tale motivo, per le monete da l0, 20 e 50 centesimi, è stata introdotta una lega nickel-free, il Nordic Gold (CuAI5Zn5Sn1), per limitare fenomeni allergici dovuti appunto al nichel. Le caratteristiche principali delle monete componenti l'Euro sono riportate in di seguito.

Figura 12 – Caratteristiche principali dei vari tagli delle monete Euro.

 

Come anticipato, inoltre, le zecche richiedono specifiche piuttosto severe su composizione, tolleranze dimensionali e proprietà fisiche delle leghe da monetazione. In Errore. L'origine riferimento non è stata trovata. riportiamo alcune specifiche per le leghe di rame utilizzate nella produzione delle monete di Euro.

Figura 13- Specifiche relative alle leghe da monetazione

 

Per quanto riguarda la composizione chimica particolare attenzione deve essere rivolta al controllo del tenore delle impurezze, in particolare modo per quegli elementi {come per es. il ferro e il fosforo) che influenzano fortemente la conducibilità elettrica del rame.

PROCESSO DI MONETAZIONE

Generalmente il processo di monetazione si può dividere in due macrofasi.

Prima ‘macrofase’: produzione di lamine o tondelli

La prima macrofase viene effettuata da ‘privati’, si copre essenzialmente le fasi che vanno dalla preparazione del materiale tramite fusione, fino alla preparazione dei laminati o, al più, fino alla tranciatura.

Tali compagnie private sono in genere ‘controllate’ dallo Stato che ordina loro commesse specifiche quando necessarie.

In figura seguente sono schematizzate le fasi del processo di monetazione della compagnia multinazionale ‘KME’. E’ interessante notare come la compagnia si fermi fino alla fase di tranciatura dei ‘tondelli’.

Figura 14 – Esempio di ‘fasi’ del processo di monetazione prodotte da aziende private (KME).

Brevemente comunque, con l’aiuto grafico, vediamo le diverse fasi della prima macrofase, su cui non ci soffermeremo molto, visto che l’interesse principale di questa ricerca è la coniatura vera e propria.

*      Fusione: – I metalli puri, accuratamente pesati e mescolati per produrre le leghe usate nella monetazione vengono fuse in una fornace. Il metallo viene fuso in lingotti (vedi Figura 15)

*      Laminazione: – I lingotti vengono fatti passare al laminatoio che li riduce in lunghe lastre dell’estto spessore richiesto dalle Zecche di Stato.

*     

Figura 15  - Fornace Industriale

Figura 16 - Laminazione

Seconda Macrofase: dai laminati alle monete!

La seconda macrofase, che riguarda la vera e propria coniatura della moneta è sempre controllata ed effettuata dalle zecche di stato. Questo, ovviamente, per motivi essenzialmente di sicurezza (‘no fake coins’).

Nel caso specifico della coniatura dell’Euro, i direttori delle zecche di Stato, si sono preoccupati di armonizzare a livello tecnico, i processi di coniazione e produzione per far si che le monete presentassero il medesimo livello qualitativo. Le matrici sono state prodotte in cinque paesi (Germania, Francia, Gran Bretagna, Spagna, Austria) preoccupandosi che tutte le matrici di una stessa moneta venissero prodotte dallo stesso istituto. Sono state definite anche le varie caratteristiche dei "tondelli" (rondelle di metallo non ancora marchiate) quali le tolleranze minime per il peso, il diametro, lo spessore. Tutte queste operazioni hanno permesso di giungere quest'anno, alla fase di produzione; l'Italia ha iniziato la produzione ai primi di ottobre.

Lo sviluppo delle matrici

Dopo la verifica della riproducibilità del disegno fornito dall’artista, la fabbricazione delle matrici comincia con la creazione di un modello tridimensionale del disegno proposto in “gesso di Parigi” molte volte più grande della moneta finita.

Figura 17 – Preparazione della ‘matrice’

Gomma siliconica viene quindi usata per produrre uno stampo “negativo” del gesso, che a sua volta viene usato per produrre un modello “positivo” del disegno in resina epossidica.

Il modello in resina epossidica viene montato su una “Reducing Machine” che traccia il disegno tridimensionale e taglia una replica in acciaio più piccola sino a raggiungere le dimensioni realmente richieste. Questo utensile è generalmente chiamato “Reduction Punch”.

Un processo di trattamento termico poi segue per indurire questo utensile.

Un punzone “maestro” è prodotto tramite il “Reduction Punch” usando un processo di forgiatura a freddo. Questo è ottenuto  impressionando il disegno in un altro pezzo di acciaio dolce usando molta pressione con una pressa idraulica. Questo punzone maestro viene quindi indurito e usato allo stesso modo per produrre un utensile detto creatore o improntatore.

E’ da questo utensile che i punzoni di lavoro vengono improntati, lavorati alla macchina utensile e adeguati alla pressa di conio lavorandoli a tornio controllato a computer, e quindi induriti.

In fine, un processo di elettrodeposizione è usato per depositare cromo sulla superficie del punzone per ridurre il logorio per attrito nel processo di coniatura e quindi aumentarne la vita. In media ogni punzone di lavoro produce 250.000 monete ma alcuni ne arrivano a produrre oltre un milione.

La zecca australiana usa inoltre un processo detto Filterded Arc Deposition per depositare un rivestimento estremamente duro e liscio come nitruro di titanio sulla superficie di alcuni punzoni.

Figura 18 - Massima attenzione nella sostituzione degli stampi deteriorati

Tranciatura dei tondelli

Questa fase del processo viene spesso effettuata direttamente dalle aziende esterne.

I tondelli sono masselli per la coniatura incompleti, che non sono stati sottoposti a tutti gli stadi necessari prima che essi possano essere colpiti dalle matrici. I tondelli sono prodotti da presse punzonatrici. Tali presse consistono in una serie di punzoni che passano attraverso la lastra di metallo e quindi in un letto di acciaio che possiede dei fori corrispondenti ai punzoni. Le presse perforano così la lastra producendo i tondelli ogni volta che i punzoni completano il loro ciclo tornando in posizione.

I tondelli alla fine di questo stadio hanno una dimensione leggermente più grande della moneta finita. Inoltre per l’azione di taglio impressagli dal punzone, i loro bordi sono scabri e presentano delle ‘sbavature’. La grossa parte di tali difetti sono rimossi nelle successive operazioni.

I tondelli vengono quindi fatti passare attraverso la griglia di una macchina selezionatrice predisposta per eliminare tutti i pezzi difettosi. I tondelli sottili o incompleti cadono attraverso la griglia. I tondelli scartati vengono poi rifusi.

Figura 19 – ‘tondelli’

Orlatura

I tondelli sono generalmente orlati sui loro spigoli. Questo è un processo dove il tondello viene  leggermente rigonfiato ai bordi rullando i tondelli in una speciale scanalatura sagomata. La macchina per la orlatura consiste in una ruota con una scanalatura ai suoi bordi. Il bordo scanalato della ruota è accoppiato ad una sezione curva (o scarpa) che possiede una corrispondente scanalatura. La distanza tra la ruota e la scarpa diviene progressivamente minore cosicché quando il tondello è fatto passare lungo la scanalatura si producono dei bordi rialzati su entrambi i suoi lati. Il metallo rialzato aiuta nel processo di coniatura: indurisce per lavorazione a freddo il metallo prevenendo la fuoriuscita del metallo tra la matrice del disegno dritto ed il collare, e dimensiona e forma il tondello affinché possa meglio alimentare la pressa da conio.

La macchina da orlatura può inoltre applicare lettere o marchi di sicurezza ai lati dei tondelli delle monete.

Figura 20 – Operatore alla fase di orlatura

Ricottura

Durante la preparazione dei tondelli le azioni di rullatura e di orlatura creano un cambiamento alle condizioni del metallo, che diviene così incrudito. I tondelli devono essere leggermente addolciti prima che essi vengano sottoposti al processo di impressione per coniatura. Questo processo di addolcimento è portato avanti in una fornace scaldando i pezzi grezzi a circa 850°C per cambiare la loro struttura cristallina e quindi temprati in acqua. Il processo di ricottura prolunga la vita delle matrici da conio assicurando monete ben impressionate con una minore pressione applicata. Nonostante l’atmosfera sia protetta, la ricottura produce un effetto di scolorimento sulla superficie dei tondelli che deve essere rimosso, per eseguire questo processo, dopo la ricottura i tondelli vengono trasferiti alla unità di brunitura /lucidatura.

Lucidatura

La lucidatura viene fatta per rendere la superficie dei tondelli più brillante, rimuovere scolorimento e in alcuni casi applicare una minuta quantità di lubrificante per facilitare la coniatura. Tutto questo viene fatto nella brunitrice che ammucchia i tondelli tra una mistura di piccole palline di acciaio e materiale ceramico combinati con speciali agenti chimici, che attaccano e puliscono la superficie.

Dopo la brunitura, i tondelli vengono asciugati con un getto di aria calda. I tondelli ricotti, lucidati e asciugati sono quindi pronti per la coniatura.

Nella foto di seguito sono schematizzate le fasi di orlatura, ricottura e lucidatura.

Figura 21 – fasi di processo: dal ‘tondello’ al massello pronto per la fase finale, la coniatura

Coniatura

La coniatura di monete è il processo di trasferimento di un disegno da una matrice a un tondello in metallo.

I tondelli sono messi in una tramoggia che alimenta la pressa di conio. Le zecche utilizzano molti tipi di presse per coniatura per le generali monete circolanti. Queste presse hanno una capacità di 100, 150 e 200 tonnellate. La scelta della pressa dipende dal taglio e dalla lega della moneta da coniare. Ad ogni modo matrici e collari sono intercambiabili e la forza della pressa regolabile.

I tondelli vengono automaticamente inseriti in collari di carburo di tungsteno che agiscono come pareti della “camera di coniatura”. I collari sono generalmente montati su una molla che ne permette un leggero movimento in senso verticale. I collari collocano il tondello prima della impressione e controllano le dimensioni finali e la forma dei bordi della moneta. Le matrici sono in grado di impressionare simultaneamente i vari disegni su “recto” e “verso” della moneta mentre il collare forma il bordo della stessa, piatto e liscio o zigrinato. Generalmente la matrice del ‘verso’ è quella inferiore e quella del ‘recto’ è la superiore, ma vi sono comunque eccezioni e in alcune presse le matrici sono montate in orizzontale e quindi si muovono parallelamente al pavimento.

Figura 22 – Coniatura – pressa per la moneta da 1 €

Le presse possono coniare più di 650 tondelli al minuto. Tanto più grande è la moneta e duro il metallo, maggiore è la pressione necessaria, il che implica solitamente una minor velocità di coniatura. Tondelli danneggiati o di geometria errata sono automaticamente eliminati senza per questo rallentare il processo di produzione.

Le monete finite sono quindi raccolte in una piccola scatola e la loro qualità viene regolarmente controllata dall’operatore alla pressa. Un campione rappresentativo delle monete è inoltre revisionato dal “Controllo di Qualità”. Se il campione non possiede le caratteristiche richieste, la pressa viene spenta per una ispezione delle matrici e l’intero lotto di monete viene messo in ‘quarantena’. Subirà quindi un controllo al 100% e se la qualità delle monete è sotto lo standard accettabile l’intero lotto viene quindi distrutto.

Coin striking process

Figura 23 – pressatura delle monete

Imballaggio

Click here to see a VR of the Coining Hall - bagging areaUna volta approvate dal Controllo di Qualità, le monete sono ammassate e imballate in borse di plastica. Per questo viene usata una macchina insaccatrice assistita da un operatore, capace di impacchettare oltre il milione di monete circolanti al giorno, occasionalmente una seconda persona è richiesta per allontanare le monete completamente impacchettate e riempire gli scomparti di alimentazione.

Le monete sono prima contate elettronicamente, e dopo essere state ammassate nelle borse, sono pesate per fare un controllo ulteriore.

La plastica di cui sono fatte le borse arriva piatta su dei rulli, ed in una sola operazione viene data la forma al sacchetto, riempito , chiuso e sigillato.

Figura 24 – esempio di macchina per imballaggio monete

Nella foto, un esempio di macchina automatica in grado di insacchettare ogni tipo di valuta per ogni quantità dentro varie misure di sacchetti sigillati. Tutti i sacchetti sono prodotti da un unico rotolo di film in polietilene e non è necessaria la sostituzione di rotoli per i diversi tipi di monete.

Stoccaggio

Le monete per utilizzo locale sono stoccate in camera blindata sino a quando non ne viene richiesto un invio. Per gli ordini provenienti dall’estero ed oltremare le monete vengono ulteriormente imballate con sistemi che ne aumentano la protezione durante il trasporto.

MONETE BI-METALLICHE: COME PRODURLE

Un esempio particolare di monetazione riguarda le monete bi-metalliche di cui tutti noi conosciamo qualche esempio (dalle ‘vecchie’ 500 Lire alla moneta più moderna dei 2 €). Sebbene gli esempi che ci tornano alla mente siano molto recenti, l’idea base di una moneta bi-metallica è molto ‘antica’.

Il primo esempio di moneta a due metalli si considera risalire all’anno 1730 quando a Colonia (Germania) è stata prodotta una moneta d’argento con una parte centrale in bronzo.

Molti gettoni e medaglioni sono stati prodotti da molti stati durante il 19° ed il 20° secolo, tuttavia la prima moneta bi-metallica ad essere largamente usata nei tempi è stata quella da 500 Lire introdotta dal Governo Italiano nel 1982.

Le monete bi-metalliche sono prodotte oggigiorno in oltre 105 Stati anche se il numero sembra crescere di continuo. Queste monete sono coniate utilizzando svariate combinazioni di monete preziose: oro bianco e oro giallo, oro e argento, argento e titanio, argento e nichel, acciaio inossidabile non magnetico e Alluminio / bronzo e per finire combinazioni di rame o bronzo e nichel, ecc.

Nell’immagine seguente (Figura 25) viene illustrato uno dei metodi (usato da Krupp VDM, un produttore importante della Germania) per unire i due tondelli bi-metallici. L’anello esterno è prodotto da uno stampo multiplo, che espelle la parte centrale prima di tranciare il tondello dalla lastra.. Il bordo del tondello rialzato aiuta a ridurre la pressione necessaria all’azione di coniatura.

Figura 25 – Esempio di moneta bi-metallica

La parte interna o "dump" viene prodotta come un normale tondello, ad eccezione della zigrinatura speciale sui bordi. Quando i due componenti vengono battuti dalla pressa di assemblaggio l’anello esterno si deforma fluendo verso l’interno verso la zigrinatura, ad essa modellandosi. Il legame tra le due componenti viene così garantito.

Per dare un’idea dell’efficacia di tale metodo, si pensi che l’applicazione della forza richiesta per espellere la parte interna dei tondello così ottenuto provocherebbe anche la rottura dello stesso.

A titolo di esempio la Krupp riporta che la forza necessaria ad espellere il tondello interno di 17mm (in diametro) dall’anello esterno di 25 mm varierebbe dai 450 ai 510 kPa.

CONCLUSIONI

Nel corso del presente lavoro è stato dimostrato come la realizzazione di un prodotto apparentemente facile come le monete richieda in realtà una elevata tecnologia ed un fattivo sinergismo fra le varie strutture implicate nella, sua realizzazione: i produttori dei semilavorati, che forniscono i laminati e/o i tondelli, le Zecche, a cui spetta la coniatura, i produttori di vending machines. Per ottenere tutto questo è necessario avere alle spalle una profonda conoscenza delle tecniche e metodologie metallurgiche nonché un apparato di ricerca che indirizzi le scelte di produzione e supporti le varie fasi di messa a punto dei cicli di lavorazione.

L’introduzione della nostra moneta ha comportato enormi sforzi da parte di diversi enti, che hanno dovuto cominciare a produrre molto prima della data di introduzione allo scopo di poter coprire in un colpo solo la larghissima domanda del ‘prodotto’. Inoltre, lo stoccaggio (sono state create locazioni straordinarie) è stato una problematica importante visto sempre l’ammontare dello stock.


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