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3. APPLICAZIONI 4. VANTAGGI/SVANTAGGI

Vantaggi

Alta produttività e possibilità di

stampi multipli

Forme complicate, ottima

precisione e finitura superficiale

(poche lavorazioni meccaniche)

Possibilità di inserti (spine,

perni, cuscinetti, fastener,

rinforzi, ...)

Svantaggi

Stampi complessi e costosi

Necessità di limitare i

sottosquadri

Porosità (soprattutto per forme

complicate e a spessori elevati)

Troncatura per rimuovere sfridi

abbondanti

Limitazioni sulla forma delle

cavità (non si usano anime in

sabbia) e sulle dimensioni dei

pezzi

LA LAMIERA

Vantaggi:

– Proprietà dei materiali metallici: – Costruzione economica di componenti in una

• resistenza meccanica ampia varietà di dimensioni

• rigidezza – Possibilità di ottenere forme complicate

• resistenza all’usura • soddisfazione di requisiti estetici

• resistenza alla corrosione • semplificazione di assiemi

• affidabilità strutturale – Riduzione dei pesi

– Produttività elevata e costo ridotto per

produzione in serie

La lamiera è un semilavorato a spessore costante con due dimensioni molto maggiori dell’altra (lunghezza e

larghezza > spessore). Le lamiere son spesse dai 0,025 ai 3 mm, oltre questo spessore fino a un massimo di

20 mm son detti piatti. Questa si acquista sotto forma di fogli (max 20 mm), di coil e nastri (lamiera

arrotolata - nastri sono coil più stretti, max 10 mm, mentre i coil son larghi fino a 2 m e alti 2,5 m). I fogli

sono costosi perché sono già tagliati (lavorazione ulteriore) e vanno dai 1x2 m ai 4x10m

MATERIALI : importante la duttilità

Leghe ferrose (costano meno e hanno maggiore resistenza meccanica):

Acciai al carbonio (solo C, costano anche 1€/kg): [no ghisa perché più resistente ma meno duttile]

o Laminati a freddo (%C = 0,05 ÷ 0,20)

o Possibilità di rivestimenti (zincatura, stagnatura, verniciatura): la zincatura va fatta se non arriva già

zincata, arriva oleata e bisogna zincarla:

Acciai inossidabili (austenitici, più resistenza a calore e corrosione):

o Scelte più frequenti: austenitici (304, 316), ferritici (430)

o Maggiori forze di stampaggio e usura sugli stampi più costosi

Leghe non ferrose:

Leghe di rame (ottoni, bronzo fosforoso, rame berillio)

Leghe di alluminio:

o Scelte più frequenti: al Mn (3xxx), al Mg (5xxx), al Mg-Si (6xxx)

o Applicazioni aeronautiche: allo Zn (7xxx)

Leghe di nichel

Leghe di magnesio (formatura a caldo)

PRODUZIONE

Parte dall’acciaieria. Nella macchina di colata continua la massa di acciaio liquido viene versato in un

serbatoio forato sul fondo, permettendo al liquido di colare su di uno scivolo inclinato, così solidifica e

intanto forma un nastro che è tagliato progressivamente. Ciò che si ottiene è la bramma (parallelepipedi,

qui l’acciaio è incandescente: 700-900°), poi soggetta al

processo di laminazione a caldo (passaggio attraverso

due rulli controrotanti che la fanno diminuire di spessore

allungandola. Spesso ci sono anche dei rulli esterni a

sostegno di pressioni elevate. A caldo per facilitare il

processo). Questo primo processo avviene a caldo e gli

spessori possono raggiungere anche 2÷1,5 mm (viene

ripetuto più volte). Elimina le porosità, le segregazioni e le inclusioni dei grani della bramma schiacciandoli.

La struttura poi, ricristallizza, ma è ancora grossolana, perché presenta difetti di spessore dovuti a ritiri e

imprecisioni sulla superficie per la presenza di ossido. Per rimediare a questi difetti la lamiera passa poi in

una stazione di decappaggio (vasca piena di acido solforico che elimina l’ossidazione della deformazione

della lamiera) e subisce una laminazione a freddo. Qui l’ossido (formatosi in principio per protezione) viene

eliminato del tutto.

Si ottengono così dei granuli nella bramma orientati e incruditi, quindi con maggior resistenza meccanica e

minor deformabilità. Questa volta lo spessore si riduce fino a pochissimi mm.

Stato di fornitura (per acciai al

C): costituito dalla ricottura

(elimina gli effetti

dell’incrudimento) ed eventuali

laminazioni a freddo dopo

ricottura:

– Riduzione di spessore per

laminazione a freddo (aumenta

la resistenza meccanica).

– Skin-passatura (evita striature

durante la deformazione);

Tranciatura

Piegatura: occhio a non fare raggio raccordo piegatura inferiore a 1 mm e comunque ma < dello spessore.

L’asse neutro di sezione ha sforzo = 0 non ci sono allungamenti o accorciamenti

C’è un allungamento di rottura massimo (max 40-60 %)

Non si può usare la piegatura per raggi troppo grandi in rapporto allo spessore

Imbutitura: le grinze si formano sui raccordi / angoli non sulle parti rettilinee.

LAVORAZIONI DI LAMIERA

Principio:

– applicazione di una sollecitazione meccanica alla lamiera piana

– deformazione plastica

– (eventuale rottura)

TRANCIATURA

1. FUNZIONAMENTO E MACCHINARIO

Consiste nella separazione di una parte di lamiera da un foglio o un nastro lungo un contorno tramite

l’azione di deformazione da parte di una matrice e di un punzone a spigoli taglienti. Permette la

realizzazione di fori o aperture all’interno (punzonatura) e fori non passanti (semipunzonatura).

Tra la deformazione plastica al contatto con la lamiera e la frattura (profondità della penetrazione) la

superficie di taglio è liscia; da questo punto in giù, zona di frattura, il tranciato ha un brodo di taglio ruvido).

tranciatura

Il gioco ottimale è ~ 10% dello spessore (spessore matrice –

spessore punzone = gioco). Se eccessivo, si ha una frattura

molto inclinata, se insufficiente, si ha una frattura secondaria,

che usura gli stampi. Nella tranciatura fine,

dove il gioco è pari al ~

1% dello spessore e

all’interno del processo

ci sono anche un

premilamiera e un

contropunzone, che si

aggiungono alla

matrice e al punzone e

ne contrastano il

movimento, (ci sono 3

parti mobili) evitando

la formazione di

fratture secondarie e

di bordi ruvidi.

VARIANTI

Incisione: contorno aperto senza quindi asportazione di materiale

Troncatura: profilo aperto lungo la larghezza della lamiera che divide il nastro in due pezzi consecutivi

Scantonatura: contorno aperto all’esterno della lamiera che consente l’asportazione di materiale

PIEGATURA

Generazione di pieghe (preferibilmente) lineari, che non devono mai presentare degli

spigoli vivi all’interno, ma, invece, un raggio di curvatura (almeno 1 mm, comunque mai

minore dello spessore).

IMBUTITURA

Consiste nella formazione di un pezzo cavo ricavato da un foglio o da un tranciato.

Il pezzo ottenuto potrà avere spessori costanti o variabili, con flange o senza.

L’imbutitura può essere di forme non assialsimmetriche (maggiore pericolo di formazione di grinze,

soprattutto in prossimità degli angoli – accettabili per vaschette alimentari usa e getta in cui si usano come

irrigidimento) oppure di cavità profonde ottenute con più imbutiture successive (con una si formerebbero

troppe grinze).

Le applicazioni principali sono per componenti con spessori uniformi

(1÷10 mm), forme complicate, ampia varietà di dimensioni (da pochi mm

ad alcuni m) e minima necessità di lavorazioni meccaniche.

Elementi di meccanismi per orologi, vasellame in acciaio inox, impianti

ed arredi, elettrodomestici e apparecchi elettrici, carrozzerie autoveicoli,

stilografiche in ottone (estremamente duttile, ideale per imbutitura) …

La lamiera conviene utilizzarla su grandi volumi di produzione.

Nelle carrozzerie di automobili ci sono dai 10 ai 20 pannelli assemblati, ognuno dei quali necessita di 3-5

stampi per la sua formazione, ogni stampo costa sui 200/300 mila €. Si arriverebbe a spendere 10/12

milioni di € per una sola macchina!

Di solito si ha parecchio materiale inutile di sfrido e si è costretti ad avere lo stesso spessore ovunque e

applicare la stessa finitura superficiale.

Una variante al processo tradizionale è il tailored blanks (“tagliato su misura”) in cui diversi pannelli

vengono tranciati a laser e poi sempre a laser saldati tra di loro, per essere poi imbutiti e tranciati

PROCESSI DI LAVORAZIONE DELLA LAMIERA

Processi per lotti limitati: non hanno stampi dedicati, ma attrezzature

versatili (punzonatrici-roditrici, e presse piegatrici), non dedicate,

riconfigurabili. Operazioni in sequenza: bassa produttività ma

l’attrezzatura costa poco

Processi di stampaggio: più costosi. Tutte le operazioni sono simultanee e la

produttività è elevata (20-200 cicli/min) così come i volumi (>100-200.000

pezzi): quello che costa è lo stampo dedicato (supportato da presse

portastampi), ma se si applica su grandi volumi diventa economico.

STAMPAGGIO

PRESSE

Pressa meccanica: Sono costituite da un Pressa oleodinamica: Sono molto più grandi.

basamento, una parte verticale e una testa (dove Sono quasi uguali alle presse meccaniche se non

in genere si trovano i meccanismi). Lo slittone, fosse per la mancanza del volano e per

nella parte verticale, è mosso da un motore l’attivazione del movimento dello slittone da

elettrico indirettamente collegato ad un volano parte un attuatore connesso a 2 cilindri azionati

(grossa ruota che regolarizza il moto dello da olio in pressione.

slittone). Rispetto alle presse meccaniche hanno tempi

Vi sono 2 tipologie di presse meccaniche: A ciclo più lunghi (5-20 cicli/min.), forze di

MONTANTE POSTERIORE (o a “C”) e A stampaggio maggiori (2000-50.000 kN: per

MONTANTE LATERIALE (con telaio chiuso, più stampati più grandi, più lunghi, più spessi),

resistenze di quello aperto della pressa permettono la regolazione delle forze, della

meccanica a montante posteriore). velocità e della corsa dello slittone e sono

Rispetto alle presse oleodinamiche sono più utilizzate principalmente per operazioni di

veloci (15-100 cicli/min.), hanno una minor forza imbutitura (profonda o di forme complesse).

di stampaggio (200-5000 kN) e sono utilizzate per

lavorazioni semplici (tranciatura, piegatura,

imbutitura) o con bloccaggio della lamiera.

Presse transfer:

Date dalla combinazione di 3

diverse presse, ma su un unico

telaio, che lavorano su un nastro,

portato in avanti (da una fase di

lavorazione all’altra) grazie al suo

innalzamento da parte delle forche

poste su due binari laterali.

STAMPI

Stampo individuale

Svolge una sola operazione o più operazioni identiche contemporanee. Ci sono altri oltre a tranciatura,

piegatura, imbutitura, … Arricciatura: si spinge la lamiera in una forma

cilindrica e la si costringe ad arricciarsi

È solitamente verticale ma c’è il metodo anche

orizzontale con le camme.

Bordatura

Semipinzonatura: si ferma a metà spessore. Utili per far combaciare due componenti, o farla

funzionare come cerniera.

Troncatura: Taglio lungo tutto lo spessore del nastro che divide

Imbutitura con punzone in elastomero: per imbutiture con sottosquadri

Gli stampi per imbutitura di carrozzerie sono i più costosi perché ad altissima precisione

Stampi a blocco

Spesso il blocco delle matrici è

anche un punzone

Il vantaggio è che ci sono poche

lavorazioni manuali e le

punzonature sono allineate alla

tranciatura (maggior precisione)

Stampo a passo (progressivo)

Più operazioni in stazioni diverse, solo

da nastro non da foglio. Se le

operazioni sono numerose non ci

stanno su uno stampo combinato

Non si possono avere punzoni troppo

vicini.

Gli svantaggi: limitazioni sulle

dimensioni dei pezzi (lavora solo su

nastri), sono stampi più costosi e

complessi. Spesso si fanno prima dei fori di centraggio sul

nastro che servono a tenerlo allineato grazie a

cilindri molto precisi che lo posizionano

Si inseriscono anche passi vuoti perché i punzoni

non possono stare troppo vicini.

I fori vengono fatti dopo la piegatura della

lamiera perché la piegatura non è

precisissima e la posizione dei fori potrebbe

sfalsare (la forma dei fori non cambia se

posizionati a debita distanza dalle piegature)

PROCESSI PER LOTTI LIMITATI

Le macchine si specializzano, ma le attrezzature si de-specializzano a causa della loro flessibilità nella

produzione di diversi componenti.

PUNZONATRICI – RODITRICI

Roditura (contouring tool): tranciatura di profili complessi tramite punzonature contrapposte. Cadenza di

5-10 colpi/s. Si usa un punzone circolare o ‘a coltello’.

1. FUNZIONAMENTO E MACCHINARIO

Sono delle presse specializzate

nella punzonatura (punchpress),

con matrice in basso, punzone in

alto (attrezzature intercambiabili) e

posizionamento della lamiera (non

si usano nastri) su di un piano di

lavoro, agganciata ad esso tramite

un dispositivo mobile di

afferraggio. Questo permette la

movimentazione della lamiera

(controllata numericamente a

computer, CNC) in qualunque

direzione, grazie ai movimenti

combinati sugli assi x e y.

2. ATTREZZATURA

Stampi composti da

punzone e matrice.

Possono essere singole o

multiple, rispettivamente,

prese da magazzino e

montate su testa singola

o su torretta rotante

(include tutti gli attrezzi

presi da magazzino).

Vantaggi Svantaggi

Basso costo delle attrezzature (macchina: Lungo tempo ciclo dovuto al fatto che si

50-100.000 €, attrezzi: 100€) tratta di numerosissime operazioni in

sequenza

Rapido riattrezzaggio della macchina (10-

20’). Limitazione delle operazioni eseguibili

LAVORAZIONI

Punzonature

Piegature e imbutiture (di altezze < 15-20 mm). Feritoie ‘a gelosia’

Sfondatura (imbutitura con sfondamento)

I pezzi rimangono attaccati al foglio che viene estratto e i pezzi vengono staccati a mano

Alternative: (roditura + veloce del laser. Per i profili complessi però ci mette una vita)

Laser: + preciso, + costoso, - veloce

Plasma: - preciso, - costoso, + veloce

Combinazione di testa punzone + laser

PIEGATRICI

1. FUNZIONAMENTO E MACCHINARIO

Sono delle presse (meccaniche o oleodinamiche) con un

supporto di afferraggio della lamiera esterno. Anche qui

l’attrezzatura punzone-matrice è intercambiabile.

2. ATTREZZATURA

Il punzone, non dovendo tranciare, ha una punta

arrotondata. Ma raggi troppo ampi potrebbero provocare

deformazioni di ritiro maggiori in seguito alla piegatura

(infatti curvature ampie richiedono lavorazioni particolari).

La matrice deve essere abbastanza larga da diminuirne la

forza d’azione. Più spessa sarà la lamiera, più larga la matrice. Esistono anche presse

piegatrici automatiche

che controllano il braccio

che muove la lamiera.

Rispetto a comuni operai

sono più veloci e causano

meno pericoli.

In caso di molteplici

piegature sullo stesso

pezzo, a causa di

sottosquadri che si

verrebbero a creare, si

utilizzano punzoni

particolari a collo d’ora

che si inseriscono nelle

piegature già effettuate.

Ci sono anche attrezzi

combinati per ottenere

forme complesse.

MACCHINARI ALTERNATIVI Applicazioni del taglio laser

Tornitura in lastra (spinning o imbutitura al tornio)

- Bassi volumi di produzione (diversamente dall’imbutitura) è un processo lungo

- Forme esclusivamente simmetriche e senza sottosquadri, solidi di rotazione

- Può essere automatizzata

- Sagoma in legno o alluminio agganciata a un mandrino(testa circolare rotante)

Calandratura Per la realizzazione di

curvature molto ampie.

Macchinario a rulli. Il raggio

dipende dal rullo superiore

Stretch forming

Una specie di imbutitura,

dove la lamiera viene

afferrata per due lati e messa

in vibrazione così da ridurre al

massimo il suo recupero

elastico. E’ molto diffusa in

campo aereonautico.

Profilatura a rulli

Piegature su

nastri tramite

rulli successivi,

ciascuno

attribuisce una

piega diversa,

fino all’eventuale

chiusura del

profilo.

L’estrusione

sarebbe anche

più conveniente

ma non è

applicabile a

spessori < 3 mm

ASSEMBLAGGIO

Motivazioni:

– fabbricazione in un pezzo unico impossibile o antieconomica

– parti in movimento relativo

– differenziazione dei materiali in base alle proprietà richieste

– necessità di manutenzione

– facilità di trasporto e installazione

SALDATURA PERMANENTE

Componenti metallici

La saldatura dei lembi di due componenti metallici avviene

per apporto di calore e conseguente fusione dei materiali.

Il componente unico ottenuto, una volta raffreddato, è

detto giunto. Si può utilizzare eventuale metallo di

apporto al materiale di base; questo si presenta come un

filo che si srotola da una bobina durante tutta la durata del

processo di giunzione e che può, una volta fuso, costituire

anche il 70% del materiale del giunto.

Le modalità di giunzione sono quella tradizionale per

fusione, per compressione ad alta temperatura, a

resistenza e per adesione a materiale interposto

(brasatura). Tipologie di giunto:

la più utilizzata è la

giunzione a spigolo. La

giunzione a coprigiunto è

una giunzione indiretta.

Posizione del giunto:

-lastre orizzontali, giunto

orizzontale: in piano

-lastre verticali giunto

orizzontale: frontale

-lastre verticali giunto

verticale: verticale

-lastre sopra l’operatore:

sopratesta.

Saldatura a gas

Il calore, necessario alla fusione dei lembi da collegare e del metallo di apporto, proviene dalla reazione di

combustione tra acetilene (C H ) e ossigeno (O ) fuoriuscenti da un cannello ossiacetilenico (utensile) sotto

2 2 2

forma di fiamma.

I due gas partono da due serbatoi diversi, la loro

pressione viene ridotta in uscita da un riduttore di

pressione, quindi giungono nel cannello separatamente. I

due gas si mescolano quindi nella lancia, procedono

verso la punta e qui reagiscono dando origine alla

fiamma ossiacetilenica: bianca nella zona più vicino alla punta, detta

dardo, azzurra nella zona di saldatura e blu nel fiocco.

La combustione è completa già a partire dalla zona di saldatura. Tra

questa e il dardo si riscontrano le più alte temperature (3000°C),

possibili per l’alta temperatura di fiamma dell’acetilene. Nel caso in cui il cannello si

otturasse, si potrebbe avere un

ritorno di fiamma che potrebbe

portare a un’esplosione nel. A

questo scopo è presente un

dispositivo idraulico di

sicurezza.

Vantaggi Svantaggi:

- Basso costo delle apparecchiature - Necessità di addetto qualificato

- La loro trasportabilità - Bassa temperatura Lungo tempo di ciclo

- Versatilità di posizione in cui è possibile saldare. - Facilità di ossidazione

- Limitazione dei metalli saldabili (solo acciaio al C

o basso legato, no Al e Cu

Le applicazioni sono esclusivamente per lavori di riparazione e manutenzione

Saldatura ad arco

Un arco elettrico genera una tensione (calore) data dall’avvicinamento tra due

elettrodi (temperatura: 4000-7000°) connessi ad una macchina elettrica, e il metallo

da fondere. La distanza tra i due elettrodi (fra cui è posto il metallo) è di ~ 2÷3 mm,

qui si crea un movimento di elettroni.

Dato che l’aria non è un buon conduttore, perché si formi la scintilla tra i due

elettrodi servirebbero 7000÷8000 V. Per evitare una tensione così alta, invece di

accostare ulteriormente gli elettrodi, si fanno scaldare (utilizzando solo 40÷70 V).

Il metallo d’apporto può essere costituito direttamente dall’elettrodo fusibile oppure essere costituito da

un materiale esterno (elettrodo refrattario). La protezione contro l’ossidazione è effettuata per mezzo

dell’unione di una sostanza refrattaria (solida o granulare) e di un gas inerte.

Tipi di saldatura ad arco:

- saldatura ad arco con elettrodo rivestito - saldatura ad arco TIG (Tungsten Inert Gas).

- saldatura ad arco MIG (Metal Inert Gas) - (saldatura al plasma)

Saldatura ad arco con elettrodo rivestito

Consiste nella creazione di una tensione (calore) data dal contatto tra l’elettrodo e il metallo base da

fondere. Si smussano i lembi, preparandoli per il giunto (spessori > 20mm). Una volta messo in funzione

l’arco elettrico, il materiale di rivestimento dell’elettrodo tende a fondere creando delle scorie (difetti di

superficie) e fumi in grado di allontanare l’ossigeno dal metallo base ed impedirne l’ossidazione.

Vantaggi

- Basso costo delle apparecchiature

- Velocità del processo (> saldatura a gas)

- Portabilità e versatilità nei movimenti.

Svantaggi

- Non è possibile l’automatizzazione, addetti qualificati

- Difficoltà di fusione per spessori < 2-3 mm

- Facilità di ossidazione necessita pulizia dei lembi

- Limitazione sui materiali (no Al, Ti e leghe).

Le applicazioni sono esclusivamente per piccole

quantità di pezzi in acciaio (no serie).

Saldatura ad arco MIG (Metal Inert Gas)

Consiste nella creazione di una

tensione (calore) data

dall’avvicinamento tra l’elettrodo e

il metallo base da fondere.

Mentre la saldatura dei lembi

procede, l’elettrodo fornisce del

metallo di apporto sotto forma di

filo passante all’interno della pistola

di applicazione e proveniente da

una bobina che si srotola.

L’ossidazione, invece, è impedita dall’azione di gas inerti, come l’elio, l’argon e l’anidride carbonica

(quest’ultima variante è detta MAG, Metal Active Gas).

Vantaggi

- Processo semplice, versatile e automatizzabile

- Costi moderati dell’apparecchiatura

- Velocità di esecuzione medio-alta (sostituzione dell’elettrodo e pulizia dei lembi non necessarie)

- Minori limitazioni sui materiali e sugli spessori (> 0,5 mm)

- Buona qualità dei giunti (no scorie da rimuovere).

Svantaggi

- Non è possibile eseguire l’operazione all’aperto (portate eccessive di gas)

- Distorsioni per spessori > 6 mm (raffreddamento rapido dovuto al gas)

Le applicazioni sono in produzioni in quantità medio-grandi in vari materiali (acciai al C, acciai legati, acciai

inox, leghe di Al, Ti, Mg).

Saldatura ad arco TIG (Tungsten Inert gas)

Consiste nella creazione di giunti nella stessa modalità della saldatura MIG, con la differenza che l’elettrodo

è al tungsteno e il materiale d’apporto è dato da una bacchetta esterna alla pistola di applicazione;

entrambi sono tenuti da un addetto.

Rispetto alla saldatura ad arco MIG: (NB: anche la saldatura TIG è automatizzabile!)

Vantaggi Svantaggi

- Migliore uniformità del giunto su tutti i materiali - Processo lento (40-50 cm al min.) (voltaggio

- Applicabile a spessori > 0,1 mm inferiore)

- Meno spruzzi di materiale (ideale per l’Al !!!!). - Maggiore difficoltà di esecuzione

- Voltaggio inferiore

Saldatura a fascio (a laser)

Consiste nella creazione di giunti per fusione del materiale base causata dall’assorbimento di un raggio

laser generato da una sorgente luminosa a infrarossi ad alta potenza (laser = Light Amplification by

Simulated Emission of Radiations) e della restituzione di calore (emette radiazioni). La saldatura potrà

essere continua o per punti, anche tra materiali diversi.

Il raggio laser è un fascio di luce coerente e monocromatico ad alta energia emesso da un mezzo (gas o

solido) stimolato mediante la luce.

Potenza elettrica raggio laser assorbimento del materiale fusione

Con la saldatura a laser il giunto è più stretto della saldatura ad arco che

invece presenta un rigonfiamento.

La forma è dalle 4 alle 10 volte più piccola.

Vantaggi

- Automatizzazione possibile

- Processo è molto veloce (2-3 m al sec)

- Meno distorsioni (calore molto concentrato in un solo punto), elevata qualità

- Si possono saldare quasi tutti i materiali (Al lento da saldare perché molto riflettente)

- Anche per spessori elevati (fino a 20-30 mm su acciaio)

Svantaggi

- Costo dell’apparecchiatura elevatissimo (100-200.000 €).

Le applicazioni principali sono per componenti

molto piccoli, che richiedano un’alta qualità dei

giunti e per componenti dove non ci sia molto

spazio per i giunti. Inoltre, visto il costo, è

raccomandato per grandi volumi di produzione

come quelli automobilistici.

Saldatura a resistenza

Le lamiere da saldare sono sovrapposte, ma qui si utilizza il calore

prodotto dalla corrente elettrica. Il calore è ottenuto per effetto Joule,

aumenta all’aumentare della resistenza ed è massimo sulla superficie

d’interfaccia tra le due lamiere. I pezzi da saldare sono compressi tra i

due elettrodi in tensione. Il raffreddamento, e conseguente

indurimento, avviene grazie al circuito d’acqua che scorre all’interno

dei conduttori, che dopo la scarica elettrica rimangono a contatto con

la lamiera a freddo.

I conduttori sono in rame. La quantità elettrica è elevata ma passa per

un istante di tempo molto piccolo perché se no brucia troppo il

materiale. Zona fusa è di massimo 5 mm. Ci vuole 0,1 s per fondere e 1

s per l’indurimento.

Principali processi:

– a punti – (per rilievi)

– a rulli – (a scintillio)

– (di prigionieri)

Saldatura a resistenza a punti (meno tenuta meccanica)

Per la creazione di giunti a sovrapposizione tra:

- 2 o più lamiere (fino a 8 per l’acciaio, massimo 3 per Al che è un miglior

conduttore elettrico).

- Spessori minimi di 0,25 mm (max 25 mm per acciaio, max 8 mm per Al)

Per esigenze particolari è possibile adoperare degli elettrodi speciali, a

condizione che si utilizzino per grandi volumi di produzione. Alcuni possono

essere tenuti da un operaio ma attaccati a un carrello perché son pesanti.

Saldatura a resistenza a rulli

Per giunti continui a sovrapposizione per uno spessore massimo di 3 mm. Gli elettrodi non sono più cilindri,

ma dischi. Adatto per tenuta di fluidi (contenitori)

Brasatura (adesione a materiale interposto)

Consiste nel creare collegare dei materiali metallici senza che

essi fondano. La loro unione avviene, infatti, per fusione e

successiva solidificazione del materiale d’apporto (castolin:

Cu + Ag, fusione a 800°). Il materiale d’apporto dovrà avere

una temperatura di fusione inferiore a quella dei materiali di

base (Al difficile da brasare, per la sua bassa T di fusione). Una

volta fuso il materiale d’apporto aderisce ai lembi dei due

componenti unendoli.

Per impedire l’ossidazione si spalma sui lembi una pasta da saldatura.

Tipi di processo:

– Brasatura forte (brazing):

• Temperatura di fusione del metallo di apporto > 450 °C (a base di Cu, Al)

• Moderata resistenza meccanica

– Brasatura dolce (soldering):

• Temperatura di fusione del metallo di apporto < 450 °C (a base di Sn)

• Scarsa resistenza meccanica → soprattutto impieghi elettronici

Brasatura forte per capillarità:

forze di coesione interne molto basse e

forze di coesione superficiali elevate. Si

riscalda e fonde il metallo da apporto, che si

inserisce tra le intercapedini tra le superfici.

Vantaggi Svantaggi

- Possibilità di realizzare giunti tra materiali - Limitazioni sui materiali (leghe di Al)

diversi, dalla forma complicata e con tenuta di - Limitazioni sulle dimensioni dei giunti

fluidi - Minore resistenza meccanica dei giunti.

- Flessibilità nei volumi di produzione:

per piccole quantità → cannello

ossiacetilenico

per grandi quantità → forno

Le applicazioni principali:

- Giunti tra materiali diversi

- Assiemi complessi

- Giunzioni tra tubi (a tenuta e non).

Componenti plastici

Solo i termoplastici possono essere saldati

Saldatura a ultrasuoni

Consiste nella compressione reciproca tra i pezzi da saldare e nella fusione delle loro superfici d’interfaccia

tramite il calore dato per smorzamento di vibrazioni di piccola ampiezza generate da un trasduttore

elettrico (ultrasuoni), amplificate e trasmesse ai pezzi.

Vantaggi

- Elevata velocità di esecuzione (0,1-1 s)

- Costo moderato delle apparecchiature.

Svantaggi

- Limitazioni sulle dimensioni dei pezzi: 200-250 mm

(estensione del giunto, distanza giunto-sonotrodo)

- Difficoltà nel saldare materiali diversi (diversa

temperatura di fusione), cristallini, materiali con cariche,

additivi e materiale di recupero.

Le applicazioni sono per giunzione di

componenti medio-piccoli in materiali

uguali.

Saldatura a vibrazioni

Differenze rispetto la saldatura a ultrasuoni:

La direzione delle vibrazioni è tangenziale (movimento angolare o lineare), lo sviluppo di calore avviene per

attrito e le vibrazioni hanno frequenza bassa ed ampiezza elevata.

Vantaggi

- Possibilità di saldare componenti di grandi dimensioni.

Svantaggi

- Costo elevato delle apparecchiature

- Il moto relativo avviene in un piano orizzontale, ( limitazioni sulla forma del giunto, superfici piane)

Le applicazioni sono per giunzione di componenti medio-grandi in materiali uguali.

Saldatura a piastra calda

Consiste nel fondere localmente per mezzo di una piastra riscaldata le superfici collegate.

Il riscaldamento può essere generato a contatto (temperatura della piastra: 100 ÷ 250 °C) o per

irraggiamento (500 ÷ 600°C).

Vantaggi Svantaggi

- Costo moderato delle apparecchiature - Tempo ciclo relativamente lungo

- Nessuna limitazione sulle dimensioni (alcune decine di secondi)

- Giunti di elevata qualità - Possibile deterioramento

(resistenza, tenuta di fluidi) (porosità, ossidazione).

- Riscaldamento uniforme e lento

(=Basse tensioni residue)

Le applicazioni sono per giunzione di componenti medio-grandi in resine bassofondenti.

Criteri di scelta

Soluzione più diffusa: Saldatura a ultrasuoni:

• economicamente conveniente per qualsiasi volume di produzione

(basso costo del dispositivo, basso tempo ciclo)

• inadatta a:

– materiali diversi

– resine poco rigide (PE: smorzano le oscillazioni → aderiscono all’utensile

– giunti lontani dalle superfici di appoggio dell’utensile (resine cristalline)

– componenti non stampati (necessità di direttori di energia)

Alternative principali:

– Saldatura a vibrazione: – Saldatura a piastra calda:

• adatta a giunti di forma semplice • adatta a giunti di forma complicata

• soluzione ideale per resine particolari e • adatta a materiali flessibili (elastomeri) o a

cristalline (PA) basso attrito (PTFE)

• minore produttività

Disegno dei giunti

Cassa in plastica per orologi da polso saldata a ultrasuoni


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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in design del prodotto industriale (COMO - MILANO)
SSD:
A.A.: 2016-2017

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher paola.coccioli di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Tecnologie e Strutture e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Milano - Polimi o del prof Armillotta Antonio.

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