Riassunto esame Tecnologie e Strutture, Prof. Armillotta Antonio, libro consigliato Produzione per il design industriale, Armillotta Antonio

Tranciatura

Nella tranciatura l'obiettivo è tagliare la lamiera, quindi lo sforzo deve superare il limite di rottura del materiale. Un tranciato ha un contorno esterno ed eventuali contorni interni (fori, aperture). Ogni contorno è ottenuto in un'operazione di tranciatura, che però è chiamata diversamente a seconda dei casi: tranciatura (blanking) per un contorno esterno, punzonatura (piercing) per un contorno interno. Lamiera è appoggiata sul piano orizzontale di una matrice (un blocco forato) ed è esposta all'azione di un punzone. I due attrezzi, generalmente fatti in acciaio, hanno spigoli taglienti con il profilo del contorno da ottenere. La lamiera è tenuta ferma da un estrattore (stripper), cioè da una piastra parallela alla matrice con un foro leggermente più grande. Il punzone applica una forza alla lamiera, deformandola oltre il limite di resistenza e causandone la rottura controllata, cioè ilzona di frattura e una zona di sfrido. Nella tranciatura, il bordo del tranciato avrà una forma arrotondata a causa della deformazione plastica iniziale. Questo bordo sarà liscio e privo di imperfezioni. Dall'altro lato, il bordo rimasto sulla lamiera avrà una forma più irregolare a causa della frattura del materiale. Questo bordo sarà più ruvido e potrebbe presentare delle sbavature. È importante notare che durante l'operazione di tranciatura, il materiale viene sottoposto a sforzi elevati che possono portare alla rottura. Pertanto, è necessario considerare attentamente i parametri di lavorazione per ottenere un tranciato di qualità. La tranciatura è un processo rapido, che avviene in frazioni di secondo. È un metodo comune utilizzato per tagliare lamiera e altri materiali sottili.zona di frattura (ruvida e irregolare), e una bava (una leggera sporgenza acuta. Lo spigolo arrotondato e la zona liscia possono essere considerati del tutto accettabili dal punto di vista qualitativo, mentre gli altri artefatti sono classificabili come difetti. La profondità di penetrazione, cioè la profondità totale della zona liscia e della zona di deformazione plastica, non è il 100% dello spessore ma al massimo il 30-40% per acciaio, o il 50-60% per alluminio. Per evitare di ridurre ulteriormente la penetrazione è necessario costruire il punzone e la matrice con un valore ottimale del gioco radiale (la distanza in piano tra gli spigoli taglienti dei due attrezzi). Il gioco ottimale è dell'ordine del 10% dello spessore. Un gioco maggiore creerebbe una frattura molto inclinata e bave accentuate, mentre un gioco minore rischierebbe di creare una frattura secondaria oltre a provocare una maggiore usura degli spigoli taglienti. In quasi tutte le

Le applicazioni sono accettabili con un bordo parzialmente ruvido e una leggera bava sporgente, che possono essere lisciati con un trattamento di vibrofinitura o burattatura (immersione dei pezzi in una vasca vibrante o rotante insieme a materiali abrasivi preformati).

Alcuni prodotti, però, richiedono una maggiore precisione sui bordi di taglio per evitare problemi in fase di uso. In questi casi, la tranciatura fine permette di ottenere bordi esterni con penetrazione vicina al 100% e assenza di bava. L'assenza della zona ruvida è ottenuta riducendo il gioco a circa 1% dello spessore; questo però provocherebbe fratture secondarie se la lamiera fosse libera di inflettersi o spostarsi.

L'inflessione viene infatti impedita da un'attrezzatura più complessa che comprende una premilamiera (applicando una forza verticale alla lamiera intorno al punzone) e un contropunzone (che spinge dal basso schiacciando contro il punzone la lamiera all'interno del contorno).

di taglio). La tranciatura fine è comunque una soluzione per casi molto particolari perché ha bisogno di un attrezzo complesso e di una durata maggiore (di solito 2-3 s) a causa della minore velocità di affondamento del punzone. Lo stesso principio della tranciatura si applica anche ad altre operazioni simili:

• TRONCATURA (Shearing): Tranciatura su contorno aperto, spesso rettilineo, che separa il tranciato da un foglio o nastro senza alcuno sfrido.
• SEPARAZIONE (Cut-off): Simile alla troncatura ma produce uno sfrido intermedio tra un tranciato e il successivo.
• INCISIONE (Lancing): Taglia la lamiera su un contorno aperto ma senza ottenere un tranciato; di solito l'operazione serve a preparare una piegatura successiva.
• SCANTONATURA (Notching): È una tranciatura su contorno aperto che serve a separare dalla lamiera uno sfrido nella zona laterale di un foglio o di un nastro; serve a preparare operazioni successive.
• SEMIPUNZONATURA (half piercing): È simile

alla punzonatura ma non porta al distacco dello sfrido in quanto il punzone affonda nella matrice solo fino a metà dello spessore; la lamiera è semplicemente deformata ottenendo un incavo sul lato del punzone e una sporgenza sul lato della matrice.

PIEGATURA

L'obiettivo della piegatura (bending) è la formatura di pieghe lineari su una lamiera piana. Il risultato è un oggetto tridimensionale a pareti piane.

La piegatura richiede un punzone e una matrice; una forza applicata dal punzone al materiale appoggiato sulla matrice che provoca la flessione della lamiera. Questa si inflette elasticamente fino a che gli sforzi di flessione superano il limite elastico del materiale. A quel punto la flessione prosegue plasticamente fino al raggiungimento di un angolo (detto angolo di piega); infine il punzone risale e la lamiera recupera la componente elastica della deformazione.

Possono essere ottenute pieghe curve, ma i raggi di curvatura dovrebbero essere molto ampi per

evitare la generazione di sforzi nel materiale che potrebbero provocare fratture o grinze nelle pareti adiacenti alla piega. Di solito quindi si ricorre a un altro tipo di operazione sulla lamiera (l'imbutitura) per ottenere superfici curve.

In base alla geometria degli attrezzi si distinguono tre tipi diversi di piegatura:

1. Piegatura libera: il punzone ha uno spigolo arrotondato, mentre la matrice è semplicemente un blocco con un'apertura centrale che supporta la lamiera su due appoggi. L'attrezzo è poco costoso ma non ha una precisione elevata.
2. Piegatura a V: il punzone e la matrice hanno la forma della piega e delle pareti adiacenti inclinate. L'angolo di piega che si ottiene è più preciso perché il punzone schiaccia la lamiera contro la matrice, aggiungendo allo sforzo di flessione uno sforzo di compressione perpendicolare alla lamiera: questo aiuta a superare il limite elastico in tutti i punti della sezione della lamiera.

piega, riducendo il recupero della deformazione elastica. L'attrezzo è più costoso a causa della lavorazione precisa delle superfici e la forza esercitata dal punzone è molto maggiore. Inoltre, come nella piegatura libera, la lamiera può spostarsi accidentalmente di lato.

Piegatura aperta: la precisione di posizionamento è assicurata bloccando la lamiera sulla matrice con un premilamiera. Si ottiene quindi una piega molto precisa con un costo ancora maggiore dell'attrezzatura. La forza richiesta è intermedia.

Attrezzi dello stesso tipo possono essere integrati in punzoni e matrici di forma più complessa in grado di eseguire piegature multiple. Un attrezzo di piegatura con matrice offset (o a Z) permette di ottenere due pieghe parallele in direzioni opposte, mentre un attrezzo di piegatura con matrice a U permette di ottenere due o più pieghe nello stesso piano e nella stessa direzione.

Nella progettazione di un componente

In lamiera piegata bisogna fare particolare attenzione al raggio di piega. Per lamiera di acciaio il raggio di piega non deve essere inferiore allo spessore. Il motivo per cui esiste un limite minimo sullo spessore è che il materiale è soggetto a uno sforzo di compressione sul lato interno e a uno sforzo di trazione sul lato esterno. Esiste una linea neutra, che non cambia la sua lunghezza durante la piegatura e quindi non è soggetto a sforzo. Un raggio di piega non inferiore allo spessore permette di limitare la deformazione entro l'allungamento a rottura evitando lo strappo (tearing) della lamiera, cioè la formazione di cricche parallele alla piega sul lato esterno. Per lamiera di alluminio, il limite minimo consigliato sul raggio di piega aumenta a due volte lo spessore a causa del minore allungamento a rottura del materiale. Per evitare strappi si consiglia inoltre di evitare di piegare la lamiera parallelamente alla direzione di laminazione. Il problema

è legato al fatto che le inclusioni di ossido originariamente presenti nella bramma tendono a disporsi in forma allungata nella direzione dilaminazione. Se la piega è parallela alle inclusioni, queste possono indebolire la sezione della lamiera nella zona soggetta a sforzo, aumentando quindi il rischio di rottura.

Indipendentemente dallo spessore della lamiera, il raggio di piega non dovrebbe mai scendere sotto un limite fisso (spesso suggerito in 1 mm), per evitare che gli spigoli arrotondati del punzone e della matrice siano deboli meccanicamente e quindi soggetti a rotture fragili o usura accelerata.

Si consiglia infatti di rispettare anche un limite massimo: il raggio di piega non dovrebbe superare circa 5 volte lo spessore. Questo accorgimento serve a ridurre il recupero elastico. La variazione di angolo è dell'ordine di 4-10°, e aumenta se il raggio di piega è maggiore a parità di spessore.

Di solito si cerca di compensare il recupero elastico

con una sovrapiegatura, cioè usando un punzone e una matrice a V con angoli minori di quelli specificati per la piega; tuttavia questo non basta ad annullare l'errore finale sull'angolo. Il problema si presenta per tutti i materiali, ma aumenta al diminuire del modulo elastico (cioè della rigidezza), perché c'è più deformazione a parità di sforzo elastico; inoltre aumenta all'aumentare del limite elastico (cioè della resistenza). Quindi l'alluminio è sfavorito rispetto all'acciaio a basso tenore di carbonio, perché il suo limite elastico è dell'ordine di metà rispetto all'acciaio (p.es. 100 contro 200 MPa) ma il suo modulo elastico è circa un terzo (70 contro 210 GPa). IMBUTITURA L'obiettivo dell'imbutitura è la formatura di un oggetto cavo, o con superfici curve, partendo da lamiera piana. L'imbutitura permette di ottenere forme

complesse.L'operazione richiede un punzone e una matrice. Gli spigoli non sono taglienti ma arrotondati (raggio di almeno 2-3 volte lo spessoredella lamiera), e il gioco radiale è maggiore dello spessore della lamiera (intorno al 110%) in modo che tra i due attrezzi ci sia spazio peraccogliere la lamiera in