Pultrusione

-ESTRUSIONE DIRETTA

Nell’estrusione diretta, la velocità di efflusso del metallo al centro della sezione è maggiore rispetto ai bordi, zona

dove è presente l’attrito con le pareti del contenitore. Questo effetto può provocare dei difetti nella parte centrale del

prodotto estruso (central bursting).

Tale difetto è amplificato, nel processo effettuato a caldo, dalla presenza di ossido sulla superficie dello spezzone, che

non riesce a saldarsi in corrispondenza delle cavità centrali.

Un metodo per ovviare a questo inconveniente è quello, già citato, di usare un pistone con diametro inferiore al

contenitore in modo che lo strato di ossido rimanga aderente alle pareti e le eventuali cavità che si formano si possano

facilmente richiudere.

-ESTRUSIONE INVERSA

L’estrusione inversa non presenta questo fenomeno ed è caratterizzata da forze minori; quindi, richiede presse con

minori prestazioni; purtroppo, però il costo del pistone cavo è generalmente maggiore.

Matrici di estrusione

La matrice è la parte più importante dell’attrezzatura necessaria all’estrusione ed è realizzata in acciai ad alta

resistenza a caldo o in carburi sinterizzati.

La matrice può essere piana, quando il metallo forma una zona morta generando un proprio angolo di imbocco, o con

ingresso conico (con angolo tra 45° e 60°) usate nell’estrusione con buona lubrificazione. La zona cilindrica svolge la

funzione di calibrare le dimensioni del prodotto.

La lunghezza di tale zona (a) influenza l’entità delle forze di attrito che agiscono sul prodotto estruso in uscita. I

prodotti caratterizzati da sezioni con parti sottili e parti massicce, a causa della differente resistenza offerta al flusso di

materiale, tendono a incurvarsi o presentare ondulazioni.

Per evitare questi fenomeni si progetta la lunghezza della zona calibratrice in modo tale da compensare la maggiore

.

facilità di uscita con una maggiore resistenza a scorrimento

Estrusione per urto (o alla pressa)

Processo utilizzato per produrre pezzi singoli come bossoli, capsule, contenitori con pareti sottili, ecc.

Il pezzo da estrudere viene posto entro una matrice, dove subisce l’azione di un punzone collegato alla slitta di una

pressa. Estrusione idrostatica

La forza di estrusione è trasmessa alla billetta per mezzo di un fluido in pressione (circa 1400 [Mpa]) che circonda la

billetta sia sull’interfaccia con il pistone che su quella della camera, con evidente eliminazione delle forze di attrito

con le pareti della camera.

Il processo permette di estrudere materiali fragili in quanto la pressione idrostatica

che si realizza migliora la duttilità del materiale. Solitamente il processo è realizzato a freddo.

I fluidi utilizzati sono generalmente oli vegetali che presentano

oltre ad un buon comportamento alla lubrificazione anche una

viscosità insensibile alle alte pressioni; quando si prevede un .

innalzamento della temperatura, si usano cere, polimeri e vetro

IL PROCESSO DI TRAFILATURA

La trafilatura è un procedimento di deformazione plastica, effettuato normalmente a freddo (perché solo in tali

condizioni il materiale ha sufficiente resistenza agli sforzi di trafilatura), nel quale il materiale viene obbligato, tramite

una forza di trazione, a passare attraverso il foro calibrato di una filiera assumendone le dimensioni.

Questo processo permette di ottenere principalmente fili, tubi e barre con finiture e precisioni dimensionali nettamente

migliori rispetto alla laminazione. .

La trafilatura è realizzata su appositi banchi e spesso viene effettuata in più passi

La filiera

Il profilo interno di una filiera è

caratterizzato da quattro zone:

➢Zona di imbocco

➢Zona conica di trafilatura

➢Zona cilindrica di calibratura

(è necessario considerare il ritorno

elastico del materiale)

➢Cono di uscita del prodotto finale

La filiera deve avere un’elevata resistenza all’usura e alla

compressione, quindi come materiali si usano acciai da utensili,

carburi sinterizzati, diamante. In questi ultimi due casi la filiera

vera e propria viene ingabbiata in una matrice metallica.

Resistenza allo scorrimento

La lubrificazione è fondamentale in questo processo per ridurre l’attrito tra il trafilato e le pareti della filiera e poter

ridurre così la forza di trazione.

I lubrificanti più usati sono: sapone, olio, grassi. Il valore del coefficiente d’attrito è di circa 0.03-0.1.

L’energia fornita al sistema viene spesa per:

➢ Rendere plastico il volume di materiale interessato dalla trafilatura.

➢ Vincere le resistenze di attrito filo-filiera (se α diminuisce le resistenze aumentano perché aumenta l’area di

contatto).

➢ Provocare la distorsione delle fibre nella filiera (la distorsione aumenta con l’angolo α).

La tensione aumenta, a parità di altre condizioni, con l’aumentare del rapporto S0/Sf. Per questo motivo esiste un

limite massimo del rapporto di riduzione che corrisponde al raggiungimento del valore del flow stress del materiale

nella zona esterna alla filiera, dove il materiale deve rimanere in regime elastico.

Un valore plausibile del rapporto di riduzione si aggira intorno al 10-15%.

Trafilatura multipla

Nella trafilatrice multipla di fili, il differente diametro dei rocchetti di trascinamento permette di aumentare la velocità

del filo ad ogni passaggio (ad ogni riduzione di sezione, corrisponde per la conservazione di volume, un aumento di

lunghezza e quindi, per la conservazione del flusso, un aumento della velocità). Al fine di ridurre i difetti ed

aumentare la qualità superficiale, si rende necessaria, in questo caso, una notevole esperienza nella scelta della

sequenza di riduzione e nella progettazione delle matrici in ciascuna passata, in modo da assicurare un corretto e

graduale flusso del materiale nella matrice.

PROCESSO DI LAMINAZIONE

LAMINAZIONE

Le lavorazioni per laminazione sono impiegate nell’industria siderurgica per la trasformazione del materiale colato

sotto forma di lingotti o per colata continua in prodotti semilavorati commerciali e costituiscono le prime operazioni

del ciclo produttivo.

Le operazioni di laminazione su acciaio sono di norma effettuate a caldo, ad eccezione della laminazione con spessore

inferiore a 1 mm, fatta a freddo (anche per migliorare le caratteristiche meccaniche).

L’operazione di laminazione trasforma la struttura cristallina disomogenea dei lingotti o dei prodotti di colata continua

in una struttura con grani allungati (“fibrosità”) a seconda del grado di ricristallizzazione ottenuto.

Si parte da semilavorati da fusioni continue o discrete. La prima laminazione viene effettuata a caldo per cambiare la

microstruttura da fusione in una grana più regolare per la laminazione successiva, in seguito alla quale è possibile

ottenere grana più fine.

La deformazione avviene per effetto delle forze di trascinamento che si sviluppano tra il materiale e due rulli ad assi

paralleli o sghembi e rotanti in senso opposto; durante il processo, il materiale subisce uno schiacciamento continuo, a

causa del passaggio attraverso una luce formata dalle superfici dei rulli. Questo comporta una deformazione del

materiale da una sezione iniziale S0 ad una finale Sf; la luce di passaggio è definita dalla distanza tra i due rulli,

mentre lo schiacciamento dalla riduzione hi-hu.

I due rulli sono supportati da una struttura detta gabbia di laminazione; generalmente la laminazione dal materiale di

partenza al prodotto finale è ottenuta ripartendo la deformazione in una successione di gabbie (treno di laminazione).

Sagomando in modo opportuno i rulli si ottengono diversi schemi di laminazione: laminazione piana, laminazione di

forma, laminazione di tubi.

Planetario: composto

da 2 grandi cilindri con

molti piccoli cilindri che

procedono per una

progressiva e ampia

riduzione

Per il principio di costanza della portata, la

velocità media in una sezione del materiale

laminato aumenta dalla zona di ingresso a quella di

uscita, in quanto la sezione diminuisce.

La velocità del materiale coincide con quella

periferica del rullo, sulla curva teorica, in un punto

detto neutro (curva 1).

In realtà, la zona di contatto può essere suddivisa

in tre zone (curva 2): la zona centrale, in cui il

materiale aderisce al rullo e due zone di

slittamento in cui le forze d’attrito sono dirette in

verso opposto modificando il profilo di velocità del

materiale.

Perché la laminazione possa avvenire, le forze di

attrito a sinistra della zona centrale devono

predominare su quelle a destra. Andamento delle pressioni

Nei grafici sotto sono riportati gli andamenti teorici delle pressioni di

contatto per diversi valori del coefficiente di attrito e della riduzione

di spessore. Si osserva che:

➢il punto neutro, in

corrispondenza del quale si ha il

massimo della pressione, si

sposta verso la zona di uscita al

diminuire del coefficiente di

attrito e al diminuire della

riduzione di spessore;

➢il valore massimo della pressione

aumenta con l’aumentare del

coefficiente di attrito e della

riduzione di spessore;

➢ l’andamento delle pressioni misurato sperimentalmente

risulta rappresentato da una curva ad andamento più

arrotondato (linea tratteggiata). Andamento delle forze di attrito

A sinistra la velocità del laminando è

minore della velocità dei cilindri,

quindi si ha un’accelerazione ed in un

solo punto la velocità periferica dei

cilindri è uguale alla velocità del

laminato.

Ciò accade sulla sezione di inversione

quindi a sinistra le forze di attrito

hanno componenti dirette verso

destra.

A destra accade l’opposto. Forza di laminazione

Per calcoli di prima approssimazione si può valutare la forza

totale di laminazione con la seguente relazione:

F=L· b· p m

essendo: approssimandolo con la corda tramite la relazione:

L= lunghezza dell’arco di contatto, calcolabile

R= raggio del cilindro laminatore

Δh= riduzione di spessore del laminato

b= larghezza media del prodotto laminato

p = pressione media di contatto

m Potenza di laminazione

Per quanto visto sull’andamento delle pressioni di contatto si può supporre, in prima

approssimazione, che la forza F agisca in corrispondenza della metà dell’arco di contatto e che sia

a;

perpendicolare alla direzione di laminazione, dato il piccolo valore di ne segue che la coppia C e la

laminazione sono espresse dalle seguenti relazioni:

potenza P di C = F · L/2 e P = C · ω

dove ω è la velocità angolare del cilindro