Domande e appunti di Tecnologia meccanica

217. EFFETTO DELLE CARATTERISTICHE DEL MATERIALE DELLA LAMIERA SUL RITORNO ELASTICO

L’entità del ritorno elastico è legata anche alle caratteristiche meccaniche del materiale. Si ha un basso

valore della deformazione elastica (piccolo ritorno elastico) se il modulo di elasticità del materiale è

elevato e se la tensione allo snervamento è bassa. Le fibre esterne che hanno subito deformazione

0

plastica ostacolano il rilascio della componente elastica della deformazione delle fibre nella porzione

di spessore soggetta solo a deformazione elastica. Questo causa uno stato tensionale residuo nella

lamiera dopo la rimozione del carico.

218. TECNICHE PER LA RIDUZIONE DEL RITORNO ELASTICO

L’operazione di assemblaggio risente del ritorno elastico a causa degli errori geometrici determinati

nella forma finale del prodotto. Il fenomeno del ritorno elastico può essere attenuato ricorrendo ai

seguenti metodi:

• Sovrapiegatura della lamiera: non riduce il ritorno elastico, ma ne compensa l’effetto. Il

processo è eseguito con una sovrapiegatura pari al ritorno elastico, con conseguente

ottenimento, al rilascio del carico, della geometria desiderata. Richiede la conoscenza accurata

del ritorno elastico.

• Piegatura a caldo: permette di effettuare la lavorazione in condizioni in cui la resistenza alla

deformazione è bassa, in modo da ridurre il ritorno elastico.

• Trattamento termico delle lamiere: consente di ridurre preliminarmente la tensione di

snervamento, aumentando il campo plastico (ricottura dell’allumino) e ottenendo una riduzione

del ritorno elastico

• Utilizzo di lamiere prestirate: sono lamiere sottoposte preliminarmente a stretching oltre il limite

di snervamento del materiale, ottenendo così, durante la piegatura, la deformazione

direttamente in campo plastico. Questo metodo elimina totalmente il ritorno elastico.

• Tecnologie di piegatura per stiramento (stretch-bending):

tecniche che sottopongono la lamiera all’azione simultanea di

piegatura (per ottenere la geometria desiderata) e stiramento

per garantire l’instaurarsi di deformazioni plastiche. La

completa plasticizzazione della lamiera dipende dall’entità

delle deformazioni di flessione e trazione. Per ottenere la completa plasticizzazione, la

deformazione risultante deve essere maggiore di quella corrispondente allo snervamento del

materiale. 73

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219. IMBUTITURA L’imbutitura permette di trasformare

una lamiera piana, tagliata a misura, in

un corpo cavo attraverso uno o più

passaggi a seconda dell’altezza della

parete laterale. I componenti principali

dell’attrezzatura sono: punzone,

matrice e premilamiera. La difficoltà di

riuscita del processo cresce con

l’altezza della parete laterale del pezzo imbutito (profondità di imbutitura). In teoria lo spessore del

pezzo è uniforme, nella pratica in realtà varia per la presenza di deformazioni secondarie. Lo studio del

processo è effettuato in due casi: imbutitura di pezzi assialsimmetrici (lamiera di partenza a forma di

disco) e imbutitura di pezzi non assialsimmetrici (lamiera di partenza quadrata o rettangolare).

220. ELEMENTI DI UN PRODOTTO IMBUTITO

Gli elementi costituenti il prodotto imbutito

sono:

• Flangia: prozione della lamiera

originale compresa tra premilamiera e

matrice. Si ha una progressiva

diminuzione delle sue dimensioni

all’aumentare della corsa del punzone

per via della crescente quantità di

materiale richiamata all’interno della

matrice. La flangia scompare quando

tutto il materiale viene richiamato all’interno della matrice. I pezzi dotati di flangia sono ottenuti

limitando la corsa del punzone.

• Parete laterale: è la parte che costituisce la superficie laterale del prodotto imbutito.

• Fondo: costituisce il fondo dell’imbutito ed è formato dalla zona della lamiera in contatto con la

superficie inferiore del punzone.

221. FASI DEL PROCESSO DI IMBUTITURA

1. Il disco viene posizionato sulla matrice e premuto dal premilamiera

2. Il punzione, scendendo verso la lamiera, prima la piega nella zona di raccordo nella matrice, poi

la costringe a entrare nella matrice, dando inizio alla formazione della parete laterale

3. La lamiera scorre tra matrice e premilamiera, con flusso radiale centripeto e conseguente

diminuzione progressiva del diametro della porzione di disco orignale, compresa tra

premilamiera e matrice.

4. Si ha lo sviluppo nella flangia di elevate sollecitazioni circonferenziali di compressione, che in

assenza di prmilamiera, possono causare la formazione di ondulazioni

5. Nella parete laterale si sviluppano elevate sollecitazioni assiali di trazione, che possono

provocare la rottura dell’imbutito.

6. Il processo termina quando tutto il materiale entra nella matrice.

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222. FLUSSO DEL MATERIALE NELL’IMBUTITURA

Nella zona di materiale al di sotto del

punzone, il flusso del materiale è pressochè

assente. Il flusso di materiale nella flangia e

nella parete laterale è legato all’azione

combinata di premilamiera e punzone, che

richiama il materiale all’interno della

matrice.

223. SPESSORE DEL PRODOTTO IMBUTITO

Lo spessore dell’imbutito varia a seconda della zona:

• Fondo: lo spessore, rispetto al valore iniziale, è conservato in

corrispondenza dell’asse di simmetria, mentre si ha una leggera

diminuzione allontanandosi dall’asse.

• Pareti laterali: lo spessore raggiunge il minimo in prossimità della

zona di raccordo tra fondo e parete laterale (zona critica dove

l’imbutito può rompersi) e cresce verso l’alto fino al bordo superiore

della parete, dove mostra un valore maggiore rispetto a quello

iniziale.

• Flangia: lo spessore è maggiore rispetto a quello di partenza, in

quanto nascono azioni di compressione in senso circonferenziale e

di trazione in senso radiale.

224. STATO TENSIONALE NEL PRODOTTO IMBUTITO

Lo stato tensionale varia a seconda della zona:

Flangia: il punzone la richiama all’interno

- della matrice. La tensione radiale di

trazione, dovuta all’azione del punzone, è

ostacolata dalla forza esercitata dal

premilamiera. La tensione circonferenziale

di compressione è dovuta alla progressiva

riduzione del diamtero del disco e, senza

premilamiera, provocherebbe la formazione

di grinze e l’aumento di spessore. La tensione

assiale esercitata dal premilamiera è

trascurabile rispetto a e . A causa delle

tensioni si hanno contrazione in direzione

circonferenziale, allungamento in quella

radiale e aumento di spessore lungo .

Zona di raccordo flangia-parete: il materiale della flangia è piegato sul raccordo della matrice

- sotto uno sforzo di trazione, dovuto all’azione del punzone. Lo stato tensionale che si genera è

simile a quello presente nella flangia, ma con All’uscita dal raccordo, prima della

= 0.

formazione della parete laterale, si ha la raddrizzatura della lamiera. Lo stato tensionale finale

risulta: (come nella piegatura) ma con Questi causano la formazione di

= = 0 > 0.

grinze (per la presenza di lamiera non guidata) e rischio di tranciatura della lamiera.

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Parete: la tensione assiale di trazione è

-

dovuta all’azione del punzone nella sua discesa

all’interno della matrice, mentre la tensione

circonferenziale di trazione è dovuta

all’azione di vincolo del punzone, che

impedisce contrazioni di diametro. Questi stati

tensionali causano l’allungamento della parete

in direzione verticale e la riduzione progressiva

dello spessore verso il fondo dell’imbutito.

Raccordo tra parete e fondo: la lamiera è

- piegata sul raccordo del punzone, sotto l’azione di una tensione di trazione. Lo stato tensionale

risulta simile a quello presente nella parete laterale

Fondo: lo stato tensionale sul fondo è caratterizzato da stretching biassiale bilanciato al centro

- del fondo ( ). Si ha quindi un progressivo sbilanciamento dello stato tensionale di

=

stretching dal centro verso la parete laterale. Il flusso del materiale in questa zona è trascurabile.

Le tensioni causano uno spessore iniziale conservato al centro del fondo e piccole riduzioni

verso la parete.

225. DIFETTI NEL PRODOTTO IMBUTITO

I difetti nell’imbutito sono determinati dallo stato tensionale che nasce durante il processo. I principali

difetti sono:

assottigliamento della lamiera (fino alla frattura nella zona di transizione tra fondo e parete). La

o frattura si presenta se la forza necessaria per eseguire la lavorazione supera la resistenza offerta

dalla parete laterale. Il processo è eseguito correttamente se l’assottigliamento non supera il

15%/20% dello spessore iniziale

formazione di grinze circonferenziali nella flangia (al termine del processo saranno presenti

o nelle pareti dell’imbutito). Essa è dovuta alla presenza di tensioni circonferenziali di

compressione. Si ha formazione di grinze se si hanno elevate tensioni circonferenziali e modulo

di elasticità basso. Si instaurano fenomeni di instabilità plastica che provocano la formazione

di ondulazioni in direzione circonferenziale.

226. RAPPORTO DI IMBUTITURA

Si definisce rapporto di imbutitura dove è il diametro del disco primitivo e è il diametro del

=

ⅆ

punzone. Al crescere di si ha un aumento della severità dello stato tensionale, della forza che agisce

sulla parete laterale dell’imbutito e della possibilità che tale forza superi la resistenza offerta dalla

parete, con conseguente frattura dell’imbutito.

227. RAPPORTO LIMITE DI IMBUTITURA

Il valore di oltre il quale si verifica la rottura dell’imbutito è detto (limiting drawing ratio) e si ha

quando la forza agente sulla parete laterale è maggiore rispetto alla resistenza dell’imbutito. I valori

tipici di a temperatura ambiente, sono tra 1,8 e 2 per gli acciai da imbutitura profonda e 1,7 per le

,

leghe di alluminio. I valori di dipendono anche dal raggio di raccordo del punzone e della matrice,

dall’anisotropia della lamiera e dalla temperatura del processo.

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