La lavorazione dei metalli per deformazione plastica è uno dei processi che permette la trasformazione dei semilavorati. In questo caso, a essere sfruttata è la malleabilità del materiale metallico. La tecnica di trasformazione per deformazione plastica può avvenire in due modi, a seconda che si scelga di operare un processo a caldo o, viceversa, a freddo.
Questa natura binomiale ha certamente contribuito a ingenerare confusione e, quando si evoca il termine lavorazione dei metalli, l’immagine richiamata alla mente di chi ascolta o legge può risultare sfocata e priva di contorni.
È il caso, quindi, di fare un po’ di chiarezza e dare sistemazione organica a un argomento già di per sé affascinante, ma che, anche considerando il livello di specializzazione del magistero toscano e italiano, dovrebbe essere portato all’attenzione dei più.
Le tecniche di lavorazione dei metalli e il focus sulla lavorazione a freddo
Prima di affrontare nello specifico il processo di lavorazione a freddo, facciamo una breve panoramica per scoprire i sistemi oggi utilizzati per operare sui metalli.
La conoscenza che abbiamo della struttura di questi elementi solidi cristallini caratterizzati da conducibilità elettrica e termica ci ha permesso di intervenire su di essi in tre modi:
- lavorazione per fusione;
- lavorazione con asportazione di trucioli;
- lavorazione per deformazione plastica.
La prima tecnica sfrutta la proprietà tecnologica della fusibilità, in base alla quale ogni metallo può fondere se portato a quel valore noto come “punto di fusione”. Si tratta di uno stato termodinamico che assomma temperatura e pressione e che varia in base al solido trattato. Una volta portato allo stato liquido, il materiale può essere colato in una forma che restituirà il getto di fusione.
Diverso invece il caso della lavorazione con asportazione di trucioli. In genere, questa tecnica di lavorazione è in uso nelle aziende 4.0, dove si utilizzano personale specializzato e software in grado di programmare frese, presse e altri macchinari. Il principio è quello di tirare fuori dal blocco metallico il prodotto in 3d dopo averlo progettato con una tecnologia CAD/CAM.
Per quanto riguarda l’ultima tipologia di lavorazione, come già accennato, essa può avvenire o a caldo o a freddo. Ma cosa significa esattamente questo?
Parlare di lavorazione a caldo o a freddo significa prendere in considerazione il valore di trattamento. Con questo termine si indica il rapporto esistente tra la temperatura di lavorazione e il punto di fusione del metallo operato.
Se il risultato ottenuto è superiore a 0,6, allora si parla di lavorazione a caldo; viceversa, se è inferiore a 0,3, avremo una lavorazione a freddo. Se il risultato si attesta nel range di valori compresi tra 0,6 e 0,3, si ha una lavorazione a tiepido.
Entrando ora nel vivo dell’argomento dedicato a questo articolo, come si potrà facilmente intuire, la lavorazione dei metalli a freddo coinvolge espressamente una massiccia componente meccanica.
In questo modo, rinunciando a lavorare sull’attitudine alla fusibilità, si fa appello a gran parte delle altre proprietà tecnologiche dei metalli.
La scelta, in verità, pare anche obbligata, visto che i metalli generalmente coinvolti in questo tipo di processo sono anche quelli con un punto di fusione molto alto: l’acciaio (che fonde a 1350 °C, terzo dopo l’iridio e il ferro puro) e l’alluminio (con punto di fusione a 659,7 °C).
Alcune tecniche di lavorazione a freddo
Analizziamo ora alcune modalità di lavorazione a freddo dei metalli, premettendo che, nell’economia del testo, abbiamo dedicato più spazio all’imbutitura, processo tecnologico per il quale l’Italia vanta un gran primato.
Anche nell’ambito della carpenteria metallica, la Toscana pare abbia giocato un ruolo importante, riuscendo a esportare alcune tendenze in fatto di lavorazione a freddo.
Le tecniche di lavorazione a freddo sono innumerevoli, ma di seguito riportiamo quelle che sono le vocazioni più importanti nel comparto dell’operazione meccanica dei metalli.
Lo stampaggio consente di modellare il materiale metallico inserito in un apposito stampo. In questo modo, è possibile ottenere un prodotto personalizzato come targhe e stampe su acciaio.
La trafilatura può essere eseguita sia a caldo, sia a freddo. Nel secondo caso, si deforma plasticamente il semilavorato sfruttando l’azione di forze impresse da matrici e attrezzature. Il blocco di metallo, spinto attraverso fori di diametro variabile, diventa un trafilato.
Nella laminazione si mira a ridurre una o più dimensioni del blocco operato. In genere, questo tipo di lavorazione a freddo serve ad assottigliare lo spessore mediante l’azione meccanica di due cilindri contrapposti e rotanti attraverso i quali viene fatto passare il solido.
Nella roditura, invece, l’obiettivo è quello di indebolire una zona precisa del materiale al fine da provocarne la rottura. Una cesoia roditrice effettua innumerevoli fori accostati che, seguendo una direzione di taglio, permette di ottenere la forma richiesta.
L’estrusione sfrutta il principio fisico della plasticità. Esercitando una compressione tale da far passare il metallo attraverso una matrice che riproduce la foggia esterna, è possibile imprimere una nuova forma al blocco di metallo. Con questo processo è possibile avere anche sezioni cave.
Per quanto riguarda l’imbutitura, come indica il nome stesso, che richiama all’attenzione la forma a imbuto, questo tipo di lavorazione a freddo conferisce una certa profondità alla lamina metallica.
Attraverso un processo di imbutitura, il metallo assume l’aspetto di scatola, cilindro o coppa.
Questa lavorazione a freddo si può ottenere in due modi, a seconda che si impieghi:
- un punzone;
- un tornio.
Nel primo caso, un’asta di acciaio spinge la lamiera all’interno di una matrice immobile che accoglie il metallo e al quale imprime la forma.
Nel secondo caso, si usa una matrice rotante ad alta velocità per raggiungere la forma desiderata attraverso un processo di strisciamento.
Tra le lavorazioni a freddo, l’imbutitura è quella più importante perché sappiamo che la lamina metallica piana, soggetta a deformazione a freddo, resterà in quello stato in modo pressoché permanente.
I parametri tecnici utili alla valutazione del metallo lavorato a freddo
Sicurezza, estetica e funzionalità. Sono questi i tre macro-criteri da prendere in considerazione quando si parla di qualità nelle lavorazioni a freddo dei metalli.
Quando la lamiera metallica entra in contatto con la parte più esterna del punzone o con la superficie esterna della matrice, può avvenire il cosiddetto roll-over. Nello specifico, si tratta di una sezione arrotondata in corrispondenza del bordo della lamina. In casi del genere, se provassimo a guardare dalla parte opposta allo stondamento, vedremmo una bava di tranciatura, un difetto che può compromettere la tenuta del prodotto finale.
Ancora dovuto all’attrito tra lamiera e punzone (o matrice), è lo strappo di tranciatura. In questo caso, è possibile distinguere sulla superficie laterale una zona liscia e una zona rugosa, generata dallo strappo brusco al momento del taglio. Lo strappo di tranciatura è permesso, a patto che rispetti dei parametri standard ben noti alle aziende produttrici.
Infine, per rispondere a criteri più estetici, è chiaro che la superficie non deve essere affetta da disomogeneità, imperfezioni (graffiature o altri difetti visibili) e deformazioni.
Per ulteriori approfondimenti, consultare i seguenti link
https://www.facs.it/lavorazione-a-freddo-dei-metalli/
https://it.wikipedia.org/wiki/Propriet%C3%A0_tecnologiche
https://www.britannica.com/technology/deep-drawing
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