Appunti completi Tecnologie e studi di fabbricazione

Estrusione, creiamo profili a sezione costante

Spingendo materiale contro una matrice sagomata con una pressione estremamente importante, creo un foro con la geometria che voglio e ci spingo il materiale, investimento ridotto, si tratta di fare una matrice forata. In generale i profili che posso fare non sono grandissimi, altrimenti le forze in gioco romperebbero lo stampo, posso fare geometrie un po' più semplici e ridotte. Funziona bene se il materiale è abbastanza plasticizzabile, quello che uso di solito è l'alluminio, le forze necessarie a deformarlo non sono così elevate. Il materiale è caldo, ma non ancora fuso, facendolo passare da una matrice tarata creo la forma, le geometrie che posso realizzare sono delle più varie. Ho un po' di limitazioni sulla lunghezza delle barre estruse, il formato commerciale di una barra è di circa 6 metri per ragioni di trasporto, si hanno i mezzi di trasporto adatti per trasportarle. Geometrie

diretta è un processo di estrusione in cui il materiale viene spinto attraverso una camera di estrusione da un pistone. Questo processo è utilizzato per produrre prodotti con una sezione trasversale costante, come tubi, barre e profili. Nell'estrusione diretta, il pistone spinge il materiale nella camera di estrusione, dove viene riscaldato e fuso. Il materiale fuso viene poi spinto attraverso una fessura o un dado di estrusione, che determina la forma finale del prodotto. Durante questo processo, il materiale subisce una trasformazione fisica e chimica, che lo rende adatto per la produzione di prodotti finiti. L'estrusione inversa, d'altra parte, è un processo di estrusione in cui il pistone viene utilizzato per deformare il materiale senza spingerlo attraverso una camera di estrusione. Questo processo è utilizzato per produrre prodotti con una sezione trasversale variabile, come profili complessi e parti con geometrie complesse. Nell'estrusione inversa, il pistone si muove verso il materiale, deformandolo e dando forma al prodotto finale. Questo processo richiede l'uso di pistoni cavi, che permettono al materiale di fluire attraverso di essi durante la deformazione. L'estrusione inversa è utilizzata quando è necessario cambiare la geometria del prodotto durante il processo di estrusione. In entrambi i casi, l'estrusione è un processo versatile e ampiamente utilizzato nell'industria manifatturiera. Offre numerosi vantaggi, tra cui l'alta produttività, la possibilità di produrre prodotti con geometrie complesse e la capacità di lavorare una vasta gamma di materiali.

Può anche essere incompleta (o parziale), io potrei voler il profilo esclusivamente in una parte della sbarra quindi non vado a estrudere completamente il materiale. Durante l'estrusione ho comunque una variazione di sezione, spesso quella iniziale è assialsimmetrica (sempre un cilindro), le motivazioni si ritrovano in economicità e praticità nella lavorazione. L'area di partenza è sempre un cerchio, la deformazione non è uniforme, nello stesso istante, delle zone si stanno iniziando a deformare e altre sono già completamente deformate. Per calcolarci le forze useremo la tensione di flusso plastico media. I lubrificanti usati sono allo stato solido, uno dei più comuni è la polvere di vetro oppure si adotta una copertura leggera con del materiale a basso attrito (stagno). La zona piatta si chiama zona di calibrazione, (slide 80 basso a dx quella con angolo alfa), se usassimo un ospigolo vivo, esso tenderebbe ad usurarsi; a

Livello di processo, la zona di calibrazione non serve a niente, anzi, genera anche attrito, è necessario però tenerla per garantire una vita un po' più lunga dello stampo. In generale il processo viene fatto a caldo (nel caso dell'alluminio a 400 gradi). Anche l'angolo di invito (alfa) ha un valore ottimale, più è piccolo più è facile deformare il materiale, ma anche aumenta l'attrito, angoli grandi riducono l'attrito, ma peggiorano il lavoro di deformazione. L'andamento delle forze non è costante, evolve nel tempo, per quanto riguarda l'estrusione diretta ha un max iniziale e poi tende a diminuire fino al fondo dove abbiamo poi un andamento esponenziale crescente, prima di rompere lo stampo, viste le alte forze in gioco, mi fermo, ciò significa che lascio sempre un po' di materiale in camera di estrusione, le forze sono massime all'inizio perché ho anche il lavoro dato dalle

Forze di attrito, via via che il materiale avanza, la quantità in camera di estrusione diminuisce e quindi diminuiscono anche le forze di attrito, nel minimo delle forze in gioco abbiamo solo forze di deformazione.

Nell'estrusione indiretta, le forze in gioco rimangono costanti perché ho solo lavoro di deformazione.

Bilanciamento del profilo, devo avere l'accortezza di avere sezioni di passaggio più costanti possibile, se ciò non fosse verificato, le velocità di uscita del materiale dalle varie sezioni sarebbero differenti fra le sezioni con poche perdite di carico e quella con molte perdite, ciò causa una distorsione nella forma della trave finale.

Trafilatura, simile all'estrusione, ma cosa cambia? Cambia dove applico la forza, il filo viene tirato, si parla di filo perché questo processo nasce per realizzarli. Ha un limite legato al fatto che la forza massima è caratteristica non tanto della macchina quanto del materiale.

che lavoro: ad un certo punto si rompe, oltre a ciò, in modulo, la forza è anche piuttosto piccola. Visto che le forze sono limitate, il rapporto di riduzione fra l'area in ingresso e quella in uscita è molto piccolo, varia fra il 10% e il 30%; industrialmente parlando, i valori ottenuti sono questi, a differenza dell'estrusione, anche le deformazioni sono più piccole. La riduzione di spessore è estremamente progressiva perché le forze in gioco sono basse. Il vantaggio della trafilatura? Viene realizzato a freddo: se lo facessi a caldo, peggiorerebbe solo la resistenza del materiale, se il pezzo non fosse abbastanza resistente sarebbe proprio impossibile realizzare il processo. Ingenti quantità di lubrificante; essendo fatta a freddo provoca un grande grado di incrudimento (ottime proprietà meccaniche); un ulteriore vantaggio è la precisione, non risente dei ritiri termici dati dall'alta temperatura. In generale, quando

Voglio un profilato con ottima precisione, prima lo realizzo in estrusione e poi gli faccio una trafilatura. Questo tipo di processo si rende utile anche per rifinire la geometria degli oggetti ottenuti per estrusione. Infine, posso aggiungere diametri estremamente piccoli, al di sotto del decimo di millimetro.

La matrice di trafilatura non è molto diversa da quella di estrusione, ho una zona di imbocco in più dove ho una scampanatura con la presenza di piccoli angoli che permettono al filo di entrare facilmente nella matrice. Gli angoli sono piccoli per diminuire il lavoro di deformazione, cresce quello di attrito, ma il lubrificante risolve il problema. Gli angoli sono molto poco ampi in modo da ridurre il lavoro di deformazione, tuttavia l'attrito aumenta, ma tanto uso molto lubrificante.

Zona di calibrazione, per rifinire la geometria, piano piano si usura (gli spigoli vivi non durano molto) e poi deve essere cambiata, fino a che non si usura, riesco a produrre un oggetto ben rifinito.

Si possono trafilare sia fili (più stazioni una dopo l'altra, spesso immerse in olio) che barre. Il rapporto di riduzione è il rapporto fra area finale e area d'ingresso (l'opposto del rapporto di riduzione dell'estrusione); la deformazione invece è il logaritmo di 1/rapporto di riduzione. Le forze di tiro sono legate alla deformazione, alla tensione di flusso plastico media (si usa in laminazione, estrusione e trafilatura; quella istantanea per forgiatura e ricalcatura) e ad una componente che tiene conto dell'attrito e dell'angolo di apertura della matrice. Si possono trafilare anche oggetti cavi, si rende necessario mettere all'interno un mandrino: flottante (soluzione autocentrante), stazionario, prevede che il mandrino sia lungo quanto tutto il pezzo che devo trafilare, mandrino che si muove, lo uso per trafilare barre quando ho dimensioni finite. In impianti per fili ci sono più matrici di trafilatura consecutive dove i vari

Cilindri trascinano il filo nelle stazioni successive. Deformazione plastica massiva ben si adatta a cosa? Dipende, alcuni processi hanno costi fissi molto elevati come la forgiatura, alcuni, come l'estrusione, hanno costi fissi molto ridotti; in base alla natura dei costi da sostenere si dividono i processi in base fra quelli adatti ai grandi lotti e quelli specifici per piccoli lotti. La forgiatura presenta anche buone proprietà meccaniche, incrudisce il materiale. Se stampo e materiale sono quasi alla stessa temperatura non si ha il fenomeno della fatica termica perché si evita che lo stampo si scaldi e si raffreddi continuamente. Lo stampo quindi diviene pre-riscladato. Non c'è alcun processo di deformazione plastica che mi permette di accoppiare direttamente l'oggetto ottenuto, ogni componente ha bisogno di successive lavorazioni. Lavorazioni di lamiere, caratterizzate da forze molto più basse delle deformazioni, si ottengono componenti.

confinitura superficiale molto interessante, lavorazioni estremamente veloci, quando possibile, si preferisce fare una lamiera grazie alla sua versatilità e adattabilità. Tecniche di boxing, si parte da diverse lamiere piane piegate in modo da dargli una forma tridimensionale. Quali sono le lavorazioni più interessanti? Tre famiglie: operazioni di piegatura, deformando la lamiera ottengo la forma voluta (piego la lamiera di un certo angolo), operazioni di imbutitura, passo da un oggetto planare ad un tridimensionale complesso e operazioni di tranciatura, in cui la lamiera viene tagliata per asportare zone di materiale. Si possono adottare quasi sempre simultaneamente, nessun processo usa esclusivamente una sola di queste operazioni, l'insieme di queste operazioni va sotto il nome di stampaggio di lamiere. Abbiamo sempre una combinazione di operazioni differenti; processi realizzati a freddo perché ho bisogno che la lamiera sia molto resistente, altrimenti, ci.sarebbe il rischio che si strappi; lo spessore della lamiera può arrivare anche ad essere di 4mm. Quando si parla di lavorazione di lamiera, si parla di oggetti che hanno a prevalenza estensione planare con spessori che variano da decine di mm a decine di cm. Non c'è una definizione univoca di lamiera, non bisogna immaginarsela come il foglio sottile di metallo, può avere anche spessori rilevanti se anche le altre due dimensioni sono piuttosto elevate. Buona accuratezza dimensionale e finitura superficiale, raggiungo livelli che mi permettono di ottenere un componente talmente preciso da potersi subito accoppiare. Lavorazioni di lamiera nella maggior parte sono processi net-shape, non necessitano di successive lavorazioni alla macchina utensile (molto lunghe e costose). Imbutitura, si possono creare geometrie estremamente complesse, rappresenta uno dei processi che produce gli oggetti più complessi di tutti. La lavorazione di lamiere è stato uno dei primi.

Settori ad utilizzare software di simulazione che simulassero i prodotti: