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LAVORAZIONE PER DEFORMAZIONE PLASTICA MASSIVA
I materiali sottoposti a grandi pressioni si deformano. Tali pressioni vengono esercitate per dare la forma voluta ai pezzi lavorati. La natura di questa lavorazione impone dei limiti sulle forme ottenibili.
Esistono vari tipi di lavorazioni per deformazione plastica massiva e si suddividono in un primo momento in lavorazioni a caldo o a freddo.
Il principio alla base di queste lavorazioni è la conservazione del volume: partendo da un cilindro di volume V = πr^2h, il volume finale sarà sempre V = πr^2h.
Nella realtà, come abbiamo visto, è sempre presente il fenomeno dell'imbarilimento che modifica le dimensioni finali reali dell'oggetto.
La deformazione include anche le fibre interne, le quali seguiranno le superfici laterali. In questo modo la resistenza meccanica dell'oggetto risulta migliorata perché la propagazione delle cricche avviene lungo una sola direzione preferenziale.
ossia parallelamente alle fibre, le quali sono comunque deformate e più resistenti (c). È questo il pregio di lavorare per deformazioni plastiche.
Noi parleremo delle seguenti lavorazioni:
Fucinatura e stampaggio
Il pezzo viene schiacciato tra due parti, che possono essere piatte (fucinatura) o sagomate (stampaggio). La deformazione è ottenuta attraverso delle forze esterne esercitate da macchine dette presse. Il pezzo viene posizionato sulla parte fissa (incudine) mentre la forza è esercitata dalla parte mobile (mazza).
La fucinatura è adatta a lavorazioni di pezzi di grandi dimensioni ma con elevati tempi di lavorazione. Lo stampaggio è adatto a pezzi di piccole dimensioni e alla produzione in serie.
Le temperature di lavorazioni sono tendenzialmente alte. Le lavorazioni a caldo comportano una diminuzione delle forze in gioco e quindi un risparmio energetico e una vita utile delle macchine maggiori.
Le presse possono essere:
- Meccaniche
- A biella-manovella
A ginocchierao A viteoIdrauliche
I principi di funzionamento delle presse meccaniche sono simili: utilizzano tutti la trasformazione dell'energia potenziale in energia cinetica, che verrà sfogata sotto forma di urti sul pezzo.
La pressa idraulica lavora invece per forze: la pressione esercitata dal fluido nella camera della pressa, fa scendere la slitta con una forza quasi costante.
La fucinatura viene usata per arrotondare, assottigliare, stringere...
Lo stampaggio è un processo che richiede particolari accorgimenti per il suo corretto funzionamento.
Innanzitutto, la lega metallica che deve essere deformata (in gergo chiamata massello) deve essere in eccesso per garantire il riempimento dell'anima, ossia della parte vuota della forma.
Il materiale in eccesso verrà scaricato in appositi canali detti canali di bava, sempre posti sulla linea di divisione degli stampi. Sempre per garantire il corretto e completo riempimento dell'anima, bisogna garantire
lavorazione di barre cilindriche è l'assenza di spigoli, sostituiti da raccordi. Un'ultima accortezza è l'introduzione degli angoli di sformo, necessari per garantire la facile sformatura (estrazione del pezzo dallo stampo). La forza esercitata dalla pressa durante lo stampaggio ha un andamento divisibile in due zone: durante la fase di deformazione del massello, la forza ha un andamento lineare, quando inizia a formarsi la bava, la forza raggiunge valori molto più elevati. È opportuno controllare tali forze poiché possono andare a deformare (e rompere) anche i nostri stampi. Ricalcatura è la lavorazione più utilizzata per la deformazione di barre cilindriche. Consiste nell'allargamento di una estremità o di una parte centrale mediante deformazioni plastiche. Alla parte ingrossata può essere conferita una forma qualsiasi attraverso l'uso di apposite matrici. La pressione è esercitata da un punzone. Una particolare problematica nellaricalcatura sta nell’stabilità del pezzo: nel caso in figura non sono presenti sintomi di instabilità ma, se per caso il pezzo invece che essere deformato simmetricamente venisse piegato da un lato, la matrice potrebbe rompersi. Un problema del genere avviene quando le dimensioni sono troppo distanti. Per questo la ricalcatura può essere compiuta solo se il rapporto tra L e D non supera un certo valore. Un valore adeguato è 2.5. Per valori > 2.5 si utilizza una lavorazione simile detta elettroricalcatura che consiste nell’utilizzo di un trasformatore e correnti alte per riscaldare il pezzo da deformare e riducendo quindi il carico. La rullatura è una lavorazione per deformazione plastica che consiste nell’azione di due rulli accoppiati sulle cui superfici sono poste le forme in negativo che si vogliono imprimere al pezzo. La deformazione è data dalla pressione dei rulli che, girando, “risucchiano” il pezzo.pezzocostringendolo ad assottigliarsi e prendere la forma dello spazio tra i rulli.
Laminazione è una classe molto ampia di lavorazioni che permettono di arrivare a molti tipi di semilavorati.
I pezzi che vengono lavorati sono provenienti dalla colata continua che, a seconda delledimensioni (in mm), prendono nomi diversi:
- Billetta: barra a sezione quadrata sottile (40<a=b<130)
- Blumo: barra a sezione quadrata spessa (a=b>130)
- Bramma: parallelepipedo non schiacciato (b>100, a<4b)
Da questi prodotti di partenza, ottengo diversi prodotti finiti:
Dalla BRAMMA
- Nastro laminato a caldo e a freddo (lamiera)
- Tubo saldato (tubo di bassa qualità)
- Piatto (lamiera più spessa)
Dalla BILLETTA
- Barre laminate a caldo (sezione piccola)
- Barre trafilate (sezione minore)
- Filo metallico (sezione notevolmente minore ricavato dalla verga)
- Tubo senza saldatura (tubo di alta qualità)
Dal BLUMO
- Rotaia
- Profilati per usi strutturali
La laminazione
consiste nello schiacciamento del prodotto tra due o più rulli. La struttura cristallina del prodotto a fine lavorazione sarà quindi schiacciata e allungata nel verso della lavorazione stessa. A seconda della temperatura a cui si lavora, ci sarà una ricristallizzazione nulla (basse temperature), parziale o completa (alte temperature). I diversi gradi di ricristallizzazione portano a vantaggi diversi. Preso ad esempio un pezzo di spessore e altezza, lo lavoro in una gabbia (sistema di rulli accoppiati) con velocità con la velocità angolare dei rulli (le quali superfici devono girare con stessa velocità). La zona in cui avviene il contatto con i rulli di laminazione è la zona in cui avviene la sbozzatura, al termine della quale avrò una velocità del pezzo superiore (per conservazione del volume) ipotizzando nullo l'effetto dell'imbarilimento (quindi w = r*ω). La velocitàdei rulli è intermedia a e . Per cui sicuramente nella zona dir 0 fvsbozzatura, il pezzo viaggerà a velocità . Questo implica che nelle zone precedenti dover<v v , i rulli tendono a spingere il pezzo dentro la feritoia tra i rulli; nelle zone successive0 rinvece avviene il contrario e i rulli frenano il pezzo. L’attrito gioca un ruolo chiave per lostrisciamento del pezzo sui rulli, anche se non sempre è facile da prevedere e calcolare.L’interazione tra i rulli e l’oggetto avviene solo superficialmente e la forza di attrito coinvolgesolo la superficie dell’oggetto. Il risultato è una diversa distribuzione delle forze tra l’interno ela superficie: le fibre esterne saranno soggette a velocità maggiori di quelle interne nella zonainiziale e a velocità minore nella zona finale.A causa di queste asimmetrie si sviluppano all’interno del pezzo delle tensioni che, se troppoaccentuate, possono provocare la
La forza totale agente verticalmente sulla zona di contatto sarà data quindi da m (w è la larghezza del pezzo). La pressione media dipende dal materiale, dalla temperatura, da Δh e altre cose; conoscendo Pm si può stimare la forza agente sui rulli e quindi anche la M coppia che sarà 2 * la coppia su un singolo rullo (nell'immagine c'è un fattore di scala 1000 per trasformare mm in m). Nota anche la velocità dei rulli ω = 2π/60 si trova la potenza P (il fattore di scala 1000 porta dai Watt ai Kilowatt). Nella laminazione si
raggiungono potenze-2molto elevate (valori tipici sono R=200mm, Δh=2mm, ⇒L=20mm, P =50Nmm , w=100mm,m-1=⇒F=100000N, ω=6.28s , ⇒ M =2000Nm, ⇒P=12,56kW!!)tÈ necessario che la fase di imbocco avvenga correttamente: la forza di attrito F tra il rullo e ilTmateriale deve essere maggiore (la sua componente lungo la direzione di movimento inrealtà) della forza normale F esercitato dal rullo sul materiale entrante. Se la condizione nonNviene rispettata, il materiale non entra nei rulli e se ci sono forze esterne che spingono ilmateriale verso i rulli, allora il materiale si deformerà in punti non previsti. Affinché avvengail coefficiente maggiorel’imbocco quindi, di attrito μ deve essere dell’angolo α. Le2approssimazioni portano alla regola di progettazione della gabbia . Per i valori cheΔh< μ Rpossono assumere R e μ, la dimensione Δh è soggetta a forti limitazioni.I rulli vengono mossi da
Un motore o due motori sincroni sono fissati sugli assi ad una cornice metallica molto rigida che fornisce la resistenza necessaria al sistema per sopportare le grandi pressioni. Per resistere ai grandi sforzi, soprattutto in lavorazioni a freddo, si utilizzano sistemi di rulli multipli (d) per dare ancora più rigidità al sistema ed evitare deformazioni dei rulli stessi.
Per raggiungere Δh molti piccoli, si preferisce utilizzare una serie di rulli:
La lamiera, man mano che passa da un rullo all'altro, avrà spessore sempre più piccolo e quindi la sua velocità di uscita deve essere man mano più alta secondo il rapporto (già visto) v h
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