Forgiatura, estrusione e trancitura-punzonatura di lamine metalliche

3.2 Lavorazioni di deformazione plastica - Forgiatura

Forgiatura processo di produzione industriale atto alla deformazione plastica di pezzi metallici a

sezione varia. Avviene a T alta (a caldo) e la deformazione è impressa mediante azione di

magli/presse.

Si divide in stampaggio e fucinatura.

Stampaggio (forgiatura in stampo chiuso)

Avviene a stampo chiuso e crea semilavorati o finiti. Lavorazione prevalentemente a caldo, uso stampi con forma

già molto simile al pezzo finale, si forma bava come materiale in eccesso ma

permette il corretto riempimento dello stampo e la riduzione degli urti, quindi nello

stampo prevedo l’alloggiamento della bava che gira tutto intorno al pezzo.

Camera scarta bava: ha tre funzioni, ovvero accogliere il materiale in eccesso,

essendo più sottile lì il materiale si raffredda prima quindi offre più resistenza al

passaggio del materiale, che quindi preferisce andare a mettersi in altre zone dello

stampo, inoltre la bava funge da ammortizzatore così gli stampi non si urtano tra

loro.

Azione di compressione sul massello = metodo del concio.

Andamento della forza di stampaggio in funzione della distanza percorsa dalla

parte mobile. Primo pezzo indica la fase dove non c’è contatto, nella parte centrale

abbiamo la fase di deformazione plastica effettiva l’inclinazione è data

dall’incrudimento e nella parte finale si impenna perché si sta comprimendo la

bava.

F = k * Y * A

p f

con

Y : tensione di flusso del materiale

f

A: impronta del pezzo sul piano di

separazione degli stampi

comprensiva della bava

k costante: 3-5 forme semplici senza

p

bava 5-8 forme semplici con bava 8-

12 forme complesse con bava.

Progettazione del Ciclo di Stampaggio

A partire dal disegno dell’elemento finito da fabbricare, devo aggiungere le seguenti correzioni per avere disegno

del grezzo di stampaggio e quindi della forma della cavità dello stampo.

1- Scelta piano di bava

2- Calcolo sovrametalli

3- Angoli di sformo

4- Raggi di raccordo

Pertanto noto che ho problematiche simili a quelle conosciute in fonderia, sia per

forme transitorie che permanenti.

A destra le problematiche che si presentano durante lo stampaggio e le soluzioni

proposte: i problemi possono essere tecnologici, economici o posso avere soluzioni

migliori di altre.

I sovrametalli devono tener conto di dimensioni del pezzo, ossidazione alta

temperatura, difetti superficiali e incompleto riempimento, in modo che così tanto

sovrametallo lo tolgo e non ho problemi al pezzo.

Gli angoli di sformo: 7-8° per pezzi normali, 10-12° per pezzi alti, servono per facilitare

il riempimento (cioè ridurre pressione per lo stampaggio, cioè risparmio del costo

energetico) ed evitare usura durante l’estrazione, cioè evitano di avere spigoli vivi

migliorano il flusso in entrata del materiale. Devo poi tenere conto di ritiro e angoli di

raccordo, che servono per aiutare il distacco.

Per lo stampaggio ho costi elevati di stampi ed attrezzature, costo del lavoro da medio

ad alto, esperienza operatore da media ad alta ed è quindi conveniente per grandi volumi di produzione. Quindi

si utilizza per materiale ad alta definizione o se faccio molti pezzi con lo stesso stampo costo è dato dal costo per

l'attrezzatura e quindi per la progettazione e lavorazione per ottenere degli

stampi e i relativi canali e camere di saldatura della bava.

Fucinatura (forgiatura in stampo chiuso)

Avviene a stampo aperto e genera semilavorati. Questo processo è anche chiamato ricalcatura.

Vantaggi: è una lavorazione semplice ed economica, è possibile ottenere un’ampia serie di forme utilizzando i

medesimi stampi e lavorare pezzi di grandi/grandissime dimensioni (35 tonnellate), distribuzione delle fibre del

materiale che incrementa le caratteristiche finali del pezzo prodotto.

Svantaggi: configurazione a ‘barile’ del pezzo dovuta alle sollecitazioni di attrito (tangenziali).

Macchine usate per la forgiatura:

1- Presse (forze e energie fino a 2000 tonnellate, per pezzi medio grandi)

• idraulica: il movimento della slitta è ottenuto con

un fluido in pressione (d)

• meccanica: il movimento è ottenuto con

cinematismo biella-manovella (a-b)

a vite: il movimento è ottenuto con cinematismo vite-

madrevite (c) Questo è lo schema della camera di compressione e

del ram in cui spingiamo e è il mandrino che è

l’elemento a cui è collegato lo stampo mobile. Nella

tecnica della vite ho che lo stampo mobile è

sollevato azionando la rotazione della vite che si

svolge nella madrevite. Poi tolgo la frizione e ho che

Le presse meccaniche a e b sono limitate nella cosa ram cade.

perché ram può avere solo quella direzione, mentre le

presse a vite sono limitate in energie perché dipende da quanto le sollevo. Le presse idrauliche sono limitate

nella forza perché dipende dal fluido che entra in pressione e agisce forza su una superficie e io gestisco la

forza.

Presse funzionano con sollevamento del solo stampo superiore che poi viene fatto rilasciare e cade per gravità e

quindi trasforma energia potenziale in energia cinetica e quindi da li colpo e si evolve in energia di deformazione

plastica e calore che dissipato e va a riscaldare il pezzo e ottengo prodotto semilavorato o finito.

2- Magli (forze e energie inferiori rispetto alle presse 2000KN/m, usate per pezzi piccoli e hanno numero di colpi

al minuto molto minori rispetto alle presse)

• effetto semplice = stesso effetto e procedimento delle presse, sollevamento dello stampo, caduta libera e

deformazione

• doppio effetto = vuol dire che imprimo allo stampo superiore un’accelerazione e quindi energia con cui cade è

molto maggiore rispetto a quella per sola gravità, è aumentata del valore che gli aggiungo io di accelerazione

del pezzo; poi per il resto è stesso processo.

• contraccolpo = stampo superiore e quello inferiore che è chiamato incudine si muove anch’esso e quindi sono

in moto relativo e vanno uno contro l’altro e quindi in questo caso le masse dell’incudine e del martello sono

equivalenti (prima invece l’incudine che è stampo sottostante era maggiore per poter assorbire energia

dell’usto della parte superiore).

•

Hanno forza e energie inferiori rispetto alle presse; effetto

semplice o doppio effetto, contraccolpo (stampo superiore

e inferiore si muovono entrambi andando uno verso l’altro).

La massa del maglio è sollevata con meccanismi differenti

e poi lasciata cadere.

L’energia trasferita deriva dall’energia potenziale del

maglio, è limitata, le velocità sono elevate e il

raffreddamento è minimo.

b- sollevamento a ingranaggi

c- sollevamento ram a cinghia

3. Lavorazioni di deformazione plastica – Estrusione

3

Estrusione: consiste nell’obbligare uno spezzone di barra a sezione

generalmente circolare (massello) a fuoriuscire attraverso una

matrice, mediante l’azione di una forza di compressione. Possono

uscire più pezzi da una sola corsa dell’estrusore. Possono uscire più

pezzi dalla corsa di una sola estrusione con prevalente sviluppo

longitudinale, che tranciato di diverse misure mi permette di avere più pezzi dell’estrusione, con una sola cosa

dell’estrusione: all’uscita sono un unico pezzo mentre poi io andrò a separate, tagliare, troncare, segare in base

alle tipologie di operazioni e così ottengo più pezzi.

Ho il processo di estrusione diretta o inversa, molto diversi a livello di processo che viene svolto, ma con lo

stesso risultato.

L’estrusione diretta la direzione di sviluppo del pezzo coincide con la direzione di avanzamento del pistone, in

quella inversa invece il pistone è forato e il materiale avanza in direzione opposta al moto del pistone e quindi

mentre spinge il materiale fluisce nella direzione opposta con forma che impongo con la testa che ho. Nel caso di

estrusione diretta ho moto relativo tra pareti della camera di estrusione e prodotto e quindi perdiamo parte

del’energia impressa dal pistone in attriti, invece in quella inversa gli attriti sono quasi irrilevanti. È meno costoso

perché più semplice l’impianto diretto. La luce di passaggio (matrice) del materiale è sagomata e fatta di un

materiale diverso rispetto alla camera di estrusione, perché deve essere molto resistente a usura perché ho

elevati differenze di temperatura e usura meccanica per scorrimento del materiale.

La luce di passaggio nella matrice è formata in materiale autopreferenziale ed è sagomato, mentre la camera di

estrusione è realizzata in materiale meno costoso.

Estrusione a impatto: somiglia a quella inversa, ho un basamento con impronta in cui metto un dischetto di

materiale su cui faccio cadere il punzone da qui massello prende forma che voglio per impatto e materiale

estrude attorno al punzone, quindi è cmq principio come quello dell’estrusione inversa. Moto del materiale è in

verso opposto a quello del punzone.

Sopra: diretta, il picco è dovuto agli attriti, l’ultimo pezzo non lo estrudo perché mi servirebbe troppo forza quindi

sconviene economicamente e la matrice si danneggia.

Sotto: inversa, pistone va da sx a dx mentre la billetta si svolge da dx a sx perché il pistone è cavo e quindi

passa all’interno del pistone e viene estruso dalla luce del pistone (nel tipo a impatto invece pistone non è cavo,

ma ha area <area massello, pertanto il materiale si estrude alle sue pareti calzando il pistone stesso).

Qual è andamento delle forze al variare in funzione della corsa del pistone nel processo di

estrusione?

Primo diagramma è quello del processo di estrusione diretta, mentre quello sotto è

quella inversa.

In quella diretta c’è il ficco perché ci sono attriti e quindi maggiori forze in gioco.

Man mano che massello si riduce si ha che perché sto estrudendo, la superficie

sottoposta ad attrito diminuisce ecco perché c’è andamento a calare delle forze,

perché al diminuire della superficie su cui materiale scorre, ho meno creazione di

attriti. Poi il tratto si impenna improvvisamente perché ho che le forze necessarie

per estrudere l’ultima parte di materiale che è poco e proprio per questo che si

tende a non estrudere mai ultima parte di materiale billetta (economicamente

svantaggioso ma implica anche eccessiva usura e carichi sul sistema e la matrice si

danneggia).

Disegno in alto fa riferimento a estrusione diretta in cui vedo un picco delle forza perchè ho presenza di attriti e man

mano che il massello viene estruso e si appiattisce è meno soggetto a attrito e quindi minor forza applicata. ultimo

pezzo non lo estrudo perchè mi servirebbe una forza eccessiva e matrice si danneggia.

Il primo tratto della corsa del pistone non ho estrusione, ho sola deformazione della

billetta e non ho ancora riempito camera dell'estrusore, dal momento che la camera è piena parto con

l’estrusione.

A)

A) ho che la distorsione è bassa quindi attriti bassi e ho anche

che è molto piccolo lo spezzone di billetta anche nel caso

dell’estrusione diretta e ciò vuol dire aver messo lubrificanti

ecc...

Cioè zona morta non riesce a estrudere più, me almeno mi

velocizza estrusione dell’altro materiale .

Nel caso B e C ho forti distorsioni del materiale in prossimità della

matrice e vedo delle zone morte che sono delle zone della camera

occupate dalla billetta che non fluiscono perché già solidificate e anzi

fanno da invito alle parti più interne della billetta, come se si fosse

formato un cono naturale che favorisce afflusso del materiale

all’interno a causa del raffreddandamento anticipato del materiale a

contatto con le pareti, creando cono che convoglia più velocemente il

materiale nella parte interna.

In questo caso mi aspetto che lo spezzone di billetta che alla fine non

estrudo perché si impennano le forze, ho che è più piccolo, mentre se

si formano zone morte ho più spezzone che non estrudo.

B) zone morte che sono occupate dalla billetta e non

estrudono si forma un cono naturale che mi aiuta il materiale a

fluire.

All’aumentare degli attriti ho che aumentano le forze necessarie per estrudere il materiale e aumenta anche la distorsione del pezzo

in prossimità della matrice. All’aumentare dell’attrito accade più facilmente che si creino zone morte dove il materiale raffreddato

non fluisce più ma rea cono per facilitare afflusso e aumenta distorsione.

Quando faccio estrusione a caldo con lubrorefrigerante problemi di degrado dell’olio quindi si usa il vetro fuso, a

freddo più difficile. Inoltre quando ho un massello con rischio di inserimento nella camera di estrusione ossidata,

si fa il pistone di diametro più piccolo del diametro della camera, più piccolo proprio dello spessore dello strato

che io non voglio spingere nell’estrusione parte superficiale del materiale ossidato. Questo fa si che si crei una

crosta di billetta che è rimasta in camera di estrusione e che è proprio quella parte di billetta che era ossidata.

Cosi io non insersco nell’estrusione del materia