LAVORAZIONI PER DEFORMAZIONE PLASTICA

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1 1 LAVORAZIONI PER DEFORMAZIONE PLASTICA GENERALITÀ È un etodo di lavorazione in cui si iprie al ateriale etallico la fora voluta sfruttandone le proprietà plastiche, cioè la capacità di deforarsi in odo peranente, sia a caldo che a freddo, quando è sottoposto ad appropriate forze. La deforazione plastica a caldo richiede l ipiego di forze più piccole rispetto a quella a freddo e si possono avere deforazioni anche notevoli senza rischi di rotture o fessurazioni; entre quella a freddo richiede l ipiego di grandi forze anche per piccole deforazioni, a in copenso si ottengono prodotti con aggiore precisione diensionale. I ateriali sottoponibili a queste lavorazioni devono avere quelle proprietà tecnologiche quali alleabilità, duttilità, piegabilità che consente loro di sopportare le forze applicate per deforarli senza né ropersi, né che si vengano a forare dei difetti nel ateriale evidenti o nascosti che non ne peretterebbero il successivo utlizzo. Così, ad esepio, le ghise non possono ai essere deforati né a caldo, né a freddo non possedendo tali proprietà. Queste lavorazioni avvengono a volue costante, quindi dal ateriale di partenza avente una certa fora e diensioni, si ottengono pezzi con fore e diensioni diverse, a con volue di ateriale uguale a quello di partenza. In realtà parte del ateriale viene perduto per le ossidazioni che subisce il ateriale, soprattutto alle alte teperature, a è una piccola percentuale rispetto al volue iniziale del ateriale trattato. Così, ad esepio, per una barra nella quale viene ridotta la sezione si deve verificare: V iniziale = V finale L A l = a L A l a Da cui è possibile calcolare la lunghezza finale L A = l a Le più couni lavorazioni per deforazione plastica sono: LAMINAZIONE, TRAFILATURA, ESTRUSIONE, FUCINATURA, STAMPAGGIO. LAMINAZIONE Consiste nella trasforazione dei lingotti (o asselli), ottenuti in acciaieria, in prodotti coerciali utilizzabili per le successive lavorazioni, chiaati seilavorati. La lainazione sfrutta la proprietà tecnologica di alleabilità, ovvero sono lainabili i ateriali alleabili. Questa lavorazione plastica ha una duplice funzione: 1. riduce progressivaente la sezione dei lingotti, allungandoli e trasforandoli in seilavorati; 2. unifora le diensioni e l orientaento dei cristalli, igliorando così la resistenza del ateriale. La riduzione di sezione è ottenuta facendo passare più volte il lingotto o la barra, opportunaente riscaldati (per gli acciai a circa C), attraverso l azione di due cilindri lisci o sagoati, ruotanti in senso contrario. La lainazione può avvenire a caldo in un intervallo di teperatura in cui il etallo da lainare presenta la assia plasticità (teperatura aggiore dei 2/3 della teperatura di fusione), così da ottenere notevoli riduzioni di sezione per ogni passata. In genere, questo tipo di lainazione serve per ottenere pezzi lavorati di grossa taglia (laiere, profilati, e tondi di edio e grosso spessore).

2 2 La lainazione a freddo, praticaente a teperatura abiente, viene effettuata su laiere di piccolo spessore, per ottenere laierini sottili con spessori precisi. In questo caso le riduzioni di spessore sono olto piccole, poiché a freddo diinuisce di olto la plasticità del ateriale. Principio della lainazione L effetto dei cilindri sul ateriale si esplica con delle forze che tendono a schiacciare il ateriale riducendone lo spessore e da altre forze che spingono il lingotto facendolo avanzare nella direzione di lainazione. La forza F è la risultante delle azioni del cilindro sul pezzo lungo l arco di contatto che sottende l angolo α Dalla scoposizione di tale forza nelle direzioni perpendicolare e parallela alla direzione di lainazione si ottengono le due forze F v che tende a schiacciare il ateriale F o che ostacola l avanzaento del lingotto Sepre lungo l arco di contatto agisce la forza d attrito F a = f F (f coefficiente d attrito) tangente all arco; dalla sua scoposizione si nota che la coponente F p nella direzione della lainazione, tende a fare avanzare il pezzo. Il coefficiente d attrito f dipende dalla teperatura, dalla finitura superficiale e dalla velocità dei cilindri; nel caso di lainazione a caldo degli acciai con cilindri d acciaio f 0,36. Dal confronto di tali forze, l avanzaento del pezzo dovuto alla rotazione dei cilindri si ha solo se F p > F o S A D α a s Per il rispetto di tali condizioni, è opportuno che l angolo di afferraggio α indicato in figura non superi i 24 ; per gli acciai si assue, di solito α = Ciò avviene quando il diaetro dei cilindri è aleno uguale a quindici volte la riduzione di spessore della barra in una passata. D 15 (S-s) Si chiaa rapporto di lainazione R il rapporto tra la sezione finale a e la sezione iniziale A della barra lainata: sezione finale a R = = R < 1 sezione iniziale A GABBIA CON ALLOGGIATI I CILINDRI Ipianti di lainazione Il più seplice ipianto è coposto da un forno di riscaldo, da una gabbia dove sono alloggiati i cilindri, da un otore con i relativi organi di trasissione, da un sistea di trasporto, generalente a rulli, da un sistea di raffreddaento dei cilindri. Per quanto riguarda il nuero e la disposizione dei cilindri nella gabbia si hanno i tipi principali di lainatoi indicati di seguito.

3 Lainatoio duo È il più eleentare essendo costituito da due soli cilindri. Può essere: irreversibile quando non è possibile invertire il senso di rotazione. Questo tipo di lainatoio è poco usato da solo, a è diffuso nei treni di lainazione costituiti da diverse gabbie disposte una di seguito all altra; reversibile quando si può invertire il senso di rotazione dei cilindri; in questo caso, su coando dell operatore, dopo ogni passaggio del assello etallico s inverte il senso di rotazione e si avvicinano fra di loro i cilindri per perettere ulteriori diinuzioni di spessore. 3 Lainatoio doppio duo È costituito da due coppie di cilindri disposti a differente altezza, su piani verticali diversi e ruotanti in odo da ottenere i due sensi di lainazione. Il assello passa pria tra una coppia di cilindri e, successivaente, invertendo il suo oviento, tra i cilindri della seconda coppia. I cilindri di ogni coppia ruotano sepre nello stesso senso e, dopo ogni passata, i cilindri di ognuna delle coppie vengono avvicinati. Lainatoio trio È costituito da tre cilindri disposti uno sopra l altro. Il assello da lainare è introdotto pria tra il cilindro superiore e quello interedio e successivaente tra quello interedio e quello inferiore. Occorrono banchi elevabili o carrelli elevatori per spostare ai due livelli i pezzi da lavorare. Per questo otivo si usa per la lainazione a caldo di barre, tondi e profilati di edie diensioni e quindi non troppo pesanti. Lainatoio quarto È costituito da due grandi cilindri folli che sostengono i due cilindri di lavoro (o otori) di diaetro più piccolo. In tal odo vengono ridotte le deforazioni per flessione dei cilindri. Questo tipo di lainatoio è utilizzato prevalenteente nel capo della lainazione a freddo.

4 Lainatoio Sendziir È costituito da una gabbia in acciaio da costruzione nella quale sono ontati due piccoli cilindri di lavoro appoggiati a due o tre file di cilindri di sostegno. È utilizzato per lavorazione di lainati olto sottili con tolleranze sullo spessore olto strette e gradi elevati di finitura superficiale. 4 Cilindri I cilindri dei lainatoi hanno fora e diensioni variabili in funzione del prodotto che si deve ottenere. La loro lunghezza è circa 3 volte il loro diaetro. In genere sono bobati (0,1 0,2 ) per eliinare gli effetti deforanti dovuti all inflessione dei cilindri. La distanza tra i cilindri si chiaa calibro. Per la lavorazione di tondi e sagoati si usano dei particolari cilindri conforati in odo che, in successive passate, il pezzo grezzo assua la fora voluta. Sono costruiti in ghisa sferoidale con colata in conchiglia o in terra o in acciaio fucinato trattato tericaente. calibro Alcuni esepi di cilindri sagoati sono riportati nelle sottostanti figure Chiaraente le deforazioni avvengono in odo progressivo per ogni passata. Un esepio di deforazione in vari passaggi, per la fabbricazione di un profilato a doppio T è riportato nella sottostante figura.

5 5 Treni di lainazione Un insiee di gabbie di lainazione costituisce un treno di lainazione. A seconda della disposizione delle varie gabbie, i treni di lainazione possono essere seicontinui o continui. Sono seicontinui quando le gabbie sono disposte una di seguito all altra a conveniente distanza in odo che il ateriale che esce dalla pria gabbia può passare alla seconda e così via. Direzione di lainazione È da notare che la distanza tra le varie gabbie è sepre aggiore della lunghezza del lainato, così che sullo stesso si ha l azione deforante di una sola coppia di cilindri per volta. L 1 L 2 L 2 > L 1 Sono continui quando il ateriale è deforato conteporaneaente da più cilindri, per cui la velocità di rotazione di ogni coppia di cilindri va scrupolosaente calcolata: essa dovrà auentare in proporzione all allungaento subito dalla barra per V 1 V 2 V 3 ogni passaggio di lainazione. Infatti deve essere rispettata la condizione che fra una gabbia e la successiva non vi sia accuulo o ancanza di ateriale. Ciò equivale a dire che la portata di ateriale, ovvero il volue che passa nell unità di tepo, deve essere costante volue area sezione lunghezza Portata = = = area sezione velocità = costan te tepo tepo La velocità di lainazione è bassa (V = 3 4 /s) durante le prie fasi di sbozzatura, a diventa olto elevata negli ultii passaggi di finitura (V = /s e anche più). Prodotti della lainazione I SEMILAVORATI di pria lainazione, prodotti con grossi lainatoi sbozzatori, possono essere a sezione rettangolare (BRAMME) o a sezione quadrata (BLUMI). Attraverso ulteriori lainazioni, utilizzando cilindri lisci o sagoati, brae e blui vengono trasforati in PRODOTTI COMMERCIALI da utilizzare per le lavorazioni eccaniche. I tipici prodotti coerciali, prodotti per lainazione, si presentano sotto fora di LAMIERE, PROFILATI, BARRE, NASTRI, TUBI, FILI.

6 6 I prodotti di pria lainazione, in base alla fora e alla diensione della sezione, assuono la seguente denoinazione. Blui: barre a sezione quadrata con lato fino a 400. Billette: barre a sezione quadrata con lato da 40 a 12. Brae: barre a sezione rettangolare con lato aggiore variabile da 130 a 400. Tondi: barre a sezione circolare con diaetro aggiore o uguale a 70. I prodotti di seconda lainazione sono: barre, ovvero solidi con sezioni di fora diversa: quadrata, rettangolare, tonda, seitonda, esagonale ecc., noralente fornite in verghe (vergelle) o in rotoli; nastri, ovvero lainati piatti a caldo che dopo il passaggio finale di lainazione vengono arrotolati a spire regolarente sovrapposte, in odo da forare un rotolo a facce laterali piane: sono chiaati nastri stretti quando la loro larghezza è inferiore a 600, larghi quando è aggiore; profilati, ovvero solidi rettilinei a sezione sagoata a T, a L, a C, a Z, ecc. con le diensioni di uso corrente riportate in tabelle unificate; laiere, ovvero fogli rettangolari di spessore copreso tra 3 e 12,5 ; laierini, ovvero fogli rettangolari di spessore inferiore ai 3.

7 7 TRAFILATURA È un operazione di deforazione plastica che sfrutta la duttilità (o trafilabilità) di alcuni ateriali etallici. La lavorazione si esegue costringendo il ateriale, ediante trazione, a fluire attraverso un foro calibrato di fora opportuna, chiaato filiera o trafila, di sezione trasversale più piccola della sezione del ateriale. Filiera Portafiliera Il ateriale da trafilare viene ridotto di sezione alla sua estreità, affinchè possa iboccare nel foro della filiera. A a Trafilato F Si chiaa rapporto di trafilatura R il rapporto tra l area della sezione finale e quella iniziale dopo il passaggio in una trafila R sezione finale = = sezione iniziale a A R < 1 La velocità di trafilatura dipende, oltre che dal tipo di ateriale da lavorare anche dal diaetro e dal tipo di filiera usata; noralente varia dai 10 ai 30 /s. Principio della trafilatura Poiché la barra viene tirata attraverso il foro con la forza di trazione F, l operazione di trafilatura è effettuata generalente a freddo; infatti solo a teperatura abiente il etallo possiede resistenza sufficiente per non ropersi in seguito alle notevoli sollecitazioni di trazione cui viene sottoposto. La forza di trazione da applicare dipende sia dalla sezione resistente del trafilato, sia dal ateriale che si sta lavorando 2 d F = π F 4 essendo F 1 la forza unitaria in N/ 2 necessaria per perettere la deforazione; il valore di F 1 assue indicativaente i valori riportati in tabella 1 MATERIALE F 1 (N/ 2 ) Acciaio dolce 60 Ottone 30 Rae 20 In figura sono evidenziate le forze in gioco durante la lavorazione. F La forza R produce lo schiacciaento della barra da parte della filiera. Per lo scorriento della barra nel cono d entrata avente angolo α 2 (angolo di RIDUZIONE o di TRAFILATURA) si genera la forza d attrito A. Scoponendo tali forze nelle direzioni parallela e perpendicolare alla direzione di trafilatura, si nota che per l avanzaento della barra deve essere verificata la seguente relazione: F > R 0 + A 0

8 8 Di fondaentale iportanza in questo procediento è la lubrificazione per poter ridurre l attrito tra il trafilato e le pareti della filiera e poter così diinuire lo sforzo di trazione: si usano a questo scopo lubrificanti coe saponi, oli grassi aniali e vegetali. Per effetto della deforazione (schiacciaento dei cristalli), il ateriale incrudisce diventando olto duro e quindi fragile, soprattutto in superficie, con conseguente diinuzione della duttilità. Pertanto dopo alcuni passaggi nella filiera (3 4 nel caso di acciai), è opportuno sottoporre il ateriale a un particolare trattaento terico, detto di ricottura, che lo riconduce ad uno stato più dolce e quindi di nuovo con elevata duttilità. I prodotti di partenza sono dei seilavorati di seconda lainazione ottenuti, in genere per lainazione a caldo (vergelle), oppure seilavorati ottenuti per estrusione. Filiera È l utensile ipiegato nella trafilatura. La filiera è costruita con ateriali di elevata durezza, per resistere all usura cui è sottoposta: acciai legati teprati e rinvenuti (X200Cr13), carburi etallici sinterizzati (i più usati), diaante industriale per fili olto sottili. Angolo di riduzione Cono di entrata Cono di uscita Parte calibrata La filiera ha una parte calibrata (a sezione costante) copresa fra due superfici coniche chiaate cono di entrata che ha lo scopo di facilitare l ibocco del ateriale, cono di uscita che serve ad interropere lo spigolo vivo della parte calibrata per evitare rigature del trafilato o rotture per fragilità. L angolo del cono d entrata, chiaato angolo di riduzione, assue valori copresi tra 40 e 60. Quando il profilo della filiera non è circolare (per esepio esagonale) vengono costruite in parti coponibili da asseblare. Per liitare il consuo delle filiere, dovuto all usura provocata dall attrito che si anifesta per lo sfregaento del ateriale trafilato, occorre un efficiente lubrificazione. Banchi di trafilatura Sono utilizzati per la lavorazione di fili etallici. Sono costituiti (vedi figura) da un banco (A) su cui sono fissate una serie di filiere (F), di diaetro sepre più piccolo, seguite da rulli (o aspi) avvolgitori (D) azionati da un otore, attraverso un sistea di trasissione (C). Il filo, guidato da supporti (G), viene tirato, su ciascuna filiera, dal rullo avvolgitore successivo. I rulli avvolgitori sono parzialente iersi in una vasca di lubrificazione (E) con lo scopo di raffreddare e lubrificare il filo tra un passaggio e il successivo. Alla fine del banco, un taburo avvolgitore arrotola il filo in atasse. Taburo Motore Trasissione Banco avvolgitore

9 9 Pria dell inizio dell operazione, i prodotti da trafilare sono sottoposti a pulitura eccanica (con spazzole etalliche) e chiica (per iersione in una soluzione acida) per eliinare ogni traccia di ossido che ricopre la superficie. Per la produzione di barre, in genere di liitata lunghezza, destinate ad essere lavorate per asportazione di truciolo, si utilizza una trafilatrice a banco. Essa è costituita da un banco in cui scorre, su una catena a rulli, un carrello unito di pinza che afferra la barra da trafilare e la tira lentaente costringendola a passare attraverso la filiera. Prodotti ottenibili Sono fili anche di piccolo diaetro, barre, profilati, tubi, con buona finitura superficiale e precisione diensionale, ( tolleranze variabili da h9 ad h11) nettaente superiore a quelle ottenibili con la lainazione, poiché la trafilatura avviene a freddo. Sono più costosi rispetto ai lainati, a consentono di rispariare alcune lavorazioni alle acchine utensili.

10 10 FABBRICAZIONE DI TUBI Possono essere prodotti con o senza saldatura. I tubi saldati si suddividono in tubi con saldatura longitudinale o elicoidale a seconda di coe viene piegata la laiera che viene utilizzata per la fabbricazione del tubo. Si ricorre ai tubi saldati quando questi hanno grande diaetro e non devono sopportare pressioni eccessive, entre negli altri casi vengono fabbricati per lainazione, per trafilatura o, nel caso di tubi di piccole lunghezze con profili esterni particolari, per estrusione. Tubi saldati longitudinalente Sono fabbricati a partire da un nastro etallico di larghezza corrispondente allo sviluppo del tubo da produrre e di spessore uguale. Le varie fasi di lavorazione sono rappresentate in figura Preparazione dei lebi da saldare su acchine piallatrici o con altri etodi. Piegatura della laiera pria a U e poi a O su due grandi presse foratrici. Riscaldaento del tubo pria della saldatura per evitare ritiri e deforazioni. Saldatura dei lebi, di solito col etodo ad arco soerso, eseguita con saldatrici continue e autoatiche Per tubi di grande spessore e diaetro si esegue la saldatura anche all interno. I tubi così prodotti non possono essere curvati perché si aprono facilente in corrispondenza della linea di saldatura, quindi quando per esigenze di utilizzo si deve ricorrere alla curvatura del tubo si usano i tubi saldati elicoidalente. Tubi saldati elicoidalente Sono fabbricati avvolgendo il nastro di laiera ad elica intorno a una spina cilindrica, in odo che i bordi si sovrappongano. Viene successivaente eseguita la saldatura elicoidale ad arco soerso con procedienti autoatici. Tutti i tubi saldati sono rigorosaente controllati, in particolare vengono sottoposti a scrupolosi esai i giunti di saldatura per la rilevazione di eventuali difetti esterni e soprattutto interni. Le tecniche di controllo più utilizzate sono quelle che fanno uso di ultrasuoni o di raggi X. Inoltre si eseguono delle prove idrauliche di resistenza e tenuta con pressioni fino a MPa.

11 11 Tubi ottenuti per lainazione Il procediento più usato è basato sulla lainazione obliqua (sistea MANNESMANN). Il processo avviene in due fasi. 1) Foratura del assello Il ateriale di partenza è un lingotto pieno a sezione circolare portato alla teperatura di assia plasticità (1300 C per gli acciai). Il lingotto viene trasforato in un tubo grezzo, con le superfici cilindriche irregolari (sbozzato forato), facendolo passare tra due cilindri ad assi sghebi, inclinati di 4 8 rispetto all asse del lingotto. I cilindri hanno un profilo bitroncoconico (sagoa a botte) e ruotano nello stesso senso a giri/in. Si distinguono le seguenti zone del profilo: zona di presa in cui avviene l afferraggio del lingotto; zona di assia riduzione della sezione; zona nella quale agisce la spina; zona di calibrazione. zona di calibrazione zona di azione spina zona di presa zona di ax riduzione Il lingotto, che si trova allo stato di assia plasticità, è sottoposto nella zona di presa e in quella di assia riduzione a una forte copressione e torsione che tendono a schiacciarlo e a farlo ruotare, ipriendogli un oto di avanzaento elicoidale. Le parti più esterne del lingotto, spinte dai rulli che ruotano, scorrono rispetto alle parti più interne, provocando una lacerazione delle fibre centrali del ateriale. copressione torsione copressione Nella fase successiva, la lacerazione viene allargata da una spina a punta che si insinua nel vano centrale in forazione. Mentre il lingotto avanza, spinto dai cilindri, la punta della spina penetra allargando e regolarizzando il foro. Dopo la lainazione il lingotto è trasforato in tubo grezzo dalle pareti olto spesse e di fora irregolare.

12 12 2) Lainazione del forato grezzo Lo sbozzato forato si trasfora in tubo coerciale attraverso una ulteriore lavorazione che consente di ridurre lo spessore e regolarizzare le superfici cilindriche. Ciò avviene in uno speciale lainatoio detto a PASSO DI PELLEGRINO (due passi avanti e uno indietro). Tale lainatoio è forato da due cilindri controruotanti, ad assi paralleli, uniti di scanalature (GOLE) il cui profilo varia radialente sia in larghezza, sia in profondità (tipo CAMMA). In tal odo la luce di passaggio tra i due cilindri varia ciclicaente da un diaetro assio (poco aggiore di quello del forato grezzo) ad uno inio, pari al diaetro esterno del tubo che si vuole fabbricare. Nel forato da lainare viene inserito un andrino di diaetro uguale al diaetro interno del tubo che si sta fabbricando. Durante la lavorazione il tubo viene fatto avanzare e retrocedere alternativaente attraverso un dispositivo d avanzaento oleodinaico sincronizzato con la rotazione dei cilindri. Nella fase di alientazione, lo sbozzato avanza liberaente nella gola più apia tra i due cilindri. Nella fase di lainazione, lo sbozzato incontra la gola nella zona più piccola, viene risospinto all indietro e durante questa corsa i cilindri operano la deforazione plastica (copressione, stiratura e calibratura), che porta il tubo allo spessore desiderato facendolo allungare. Tubi ottenuti per trafilatura Di seguito si riporta solo la lavorazione che consente, a partire da un tubo, di ottenere una riduzione del diaetro, igliore precisione diensionale e superficie più liscia. Il tubo infilato in un andrino viene costretto a passare, per trazione, in una filiera. Il andrino può scorrere assiee al tubo nella filiera (TRAFILATURA CON MANDRINO INTERNO LUNGO). Oppure il andrino è fisso e fa da tappo alla filiera (TRAFILATURA CON MANDRINO INTERNO CORTO) perettendo la deforazione del tubo di partenza.

13 13 FUCINATURA È una lavorazione per deforazione plastica, eseguita sepre a caldo, attraverso percussioni o pressioni, in odo da dare al ateriale di partenza, portato allo stato pastoso, la fora voluta. I ateriali adatti sono quelli alleabili ed in particolare quelli che passando dallo stato solido allo stato liquido presentano uno stato interedio in cui il ateriale si presenta allo stato pastoso e quindi facilente deforabile per percussione, applicando delle forze dinaiche con artelli o con MAGLI, o per pressione, applicando delle forze statiche con PRESSE idrauliche o eccaniche. La fucinatura può essere eseguita a ano, nel caso di pezzi di piccole diensioni, con artello e incudine, o a acchina attraverso agli o presse. Il riscaldaento dei pezzi, pria della lavorazione, viene fatta attraverso la forgia a carbone per la fucinatura a ano, per ezzo di forni per la fucinatura a acchina. La fucinatura antiene le igliori caratteristiche di resistenza eccanica a fatica perché non interrope la struttura fibrosa dei ateriali, a si liita a deforarla. Inoltre igliora ed unifora, in generale, le caratteristiche eccaniche del ateriale, eliinando per l effetto di schiacciaento che subisce eventuali difetti interni. Lo schiacciaento dei cristalli non provoca incrudiento del ateriale, in quanto la lavorazione avviene ad elevate teperature (per l acciaio C). I PRODOTTI DI FUCINATURA sono, generalente, organi eccanici che devono sopportare sforzi ripetuti quali bielle, anovelle, alberi a goito, o pezzi difficilente realizzabili con altre lavorazioni quali chiavi inglesi, aniglie, coperchi, posate. In figura sono rappresentate le sezioni di uno stesso particolare eccanico fabbricato con procedienti diversi. Quando è ottenuto per fusione, non si ha alcuna struttura fibrosa, poiché i cristalli non hanno un orientaento privilegiato, a solo casuale. Quando è ottenuto per asportazione di truciolo, si ha una struttura fibrosa originaria, dovuta al processo di lavorazione che ha subito (lainazione, trafilatura), interrotta dal taglio del ateriale in eccesso. Le fibre sono una scheatizzazione dei cristalli allungati nella direzione di lainazione o altra lavorazione tipica che produce lo stesso effetto. Quando è ottenuto per fucinatura o stapaggio, si ha una struttura fibrosa originaria deforata, in odo più o eno rilevante, a seconda delle entità delle deforazioni che ha subito il pezzo. Questa caratteristica struttura fibrosa induce nel ateriale un notevole auento della resistenza eccanica e della capacità di sopportare urti e sforzi ripetuti (fatica).

14 Nelle figure sono riportati gli schei funzionali di un MAGLIO A GRAVITÀ L 1 = 2 14 La azza, in acciaio legato, di assa variabile da 100 kg a kg, viene sollevata fino ad un altezza di 1 4 da sistei eccanici o pneuatici. L incudine fissa ha una assa di volte aggiore della assa della azza. Durante la lavorazione, la azza cade da un altezza H e colpisce il pezzo disposto sull incudine fissa. Nell urto la azza cede al pezzo l energia necessaria per realizzare la deforazione plastica. Tale energia, di natura cinetica, rappresenta la quantità di lavoro L fornita dal aglio al pezzo e assue valore M = assa della azza 2 M v ( J ) con v = velocitàcon cui la azza colpisce il pezzo La velocità v dipende dall altezza di caduta della azza H e vale v = 2 a H s Pertanto il lavoro teorico fornito dal aglio vale L = M v = M ( 2 g H ) = M g H = P H essendo P il peso della azza. 2 2 In realtà una piccola parte di questa energia non è ceduta al pezzo, in quanto viene assorbita dall incudine e dal terreno su cui poggia la acchina. Studi nel settore hanno diostrato che l energia assorbita è tanto aggiore quanto più piccola è la assa dell incudine e quanto più elastico è il terreno. Pertanto il LAVORO EFFETTIVO che il aglio cede al pezzo vale: L eff = L η essendo η un opportuno coefficiente di rendiento. Nelle figure sono riportati gli schei funzionali di un MAGLIO A DOPPIO EFFETTO. In questo caso la azza, cadendo dall altezza H acquista una velocità dovuta sia alla sua forza peso P, sia alla spinta S del fluido in pressione nel cilindro che vale S = p A cilindro (N) p = pressione edia del fluido nel cilindro A cilindro = area sezione cilindro Pertanto l accelerazione con cui cade la azza, non vale più g coe nel caso di aglio a seplice effetto, a assue il P + S valore a = 2 M s Quindi la velocità della azza al oento dell urto vale v = 2 a H s E procedendo coe nel caso del aglio a gravità si arriva all espressione finale del lavoro effettivo che la azza fa sul pezzo L = L η J con L = P + S eff ( ) ( ) H

15 15 STAMPAGGIO È una lavorazione per deforazione plastica con cui si odificano le diensioni di un ateriale e gli si da la fora voluta copriento un assello in una fora etallica chiaata stapo. Con stapaggio s intende anche la lavorazione delle laiere con lo scopo di fare assuere ad esse una certa fora senza odificarne lo spessore (STAMPAGGIO A FREDDO). Lo stapaggio della laiera è eseguita a freddo, entre lo stapaggio partendo da assello è eseguita sepre a caldo. Per l alto costo della fabbricazione degli stapi, tale lavorazione è riservata alla produzione di olti pezzi di uguale fora e diensioni: lavorazione in serie. Stapaggio a caldo In figura si vedono le varie fasi per lo stapaggio a caldo di un pezzo eccanico a partire da un assello. 1. Il assello viene posizionato sullo stapo inferiore; pria di questa fase tutto lo stapo viene lubrificato, in odo da ridurre l attrito dovuto allo sfregaento del assello che si defora sulle pareti dello stapo. Per evitare che al contatto stapo assello, quest ultio si raffreddi veloceente, perdendo parte della plasticità, si può procedere al preriscaldaento dello stapo. 2. Per effetto della pressione esercitata dallo stapo superiore, il assello si schiaccia assuendo an ano la fora dello stapo. Inoltre l azione di copressione, prodotta sul ateriale dalle pareti dello stapo, provoca una aggiore copattezza e l eliinazione di gran parte dei difetti interni, spesso presenti nei pezzi fusi. 3. Ad operazione ultiata, il assello originario assuerà la fora voluta e il ateriale in eccesso che fuoriesce nel canale di bava verrà successivaente tranciato su apposito stapo. Il problea essenziale nello studio dello stapaggio è riuscire ad assicurare un corretto e copleto riepiento degli stapi. MATERIALI PER STAMPI I requisiti essenziali degli acciai per stapi sono la durezza superficiale accoppiata a una buona tenacità a caldo, la resistenza all usura e alla corrosione alle alte teperature, la bassa sensibilità agli sbalzi di teperatura e l indeforabilità ai trattaenti terici. Questi requisiti si ottengono ipiegando acciai speciali con edio tenore di carbonio (C = 0,35 0,55%) legati con Cr, Mo, V, o con Ni, Cr, Mo,V. La durezza dello stapo finito può variare da 48 a 55 HRC secondo che si desideri fare prevalere rispettivaente la tenacità o la resistenza all usura.

16 16 TIPI DI STAMPI Stapi aperti Si prestano per lo stapaggio di pezzi di fora regolare, tale da poter essere divisi in parti pressochè uguali e sietriche. La fora della cavità dello stapo (IMPRONTA) riproduce in negativo la fora esterna del pezzo, entre le diensioni vengono auentate di circa 1% per tenere conto della diinuzione di volue dello stapato nel raffreddaento fino a teperatura abiente. Per facilitare l estrazione del pezzo dallo stapo si prevedono degli angoli di spoglia (o di sforo) di valori uguali all incirca a 6 per gli esterni e a 8 per gli interni. Lungo tutto il contorno della cavità è praticato un solco, detto canale di bava, entro il quale deborda il ateriale eccedente del assello di partenza. In figura è riportato uno schea. seistapo superiore obile fora del pezzo da stapare canale di bava assello cavità superiore cavità inferiore pezzo stapato seistapo inferiore fisso bava Stapi seichiusi Sono adatti per pezzi di fora anche coplessa, a facilente estraibile dallo stapo. La deforazione del assello avviene conteporaneaente per copressione e per estrusione. Per facilitare l estrazione del pezzo le superfici della cavità vengono lavorate ediante lappatura e le pezzo pareti verticali presentano stapato angoli di spoglia di 3 5. Anche per questi stapi sono previsti i canali di bava. In figura è riportato uno schea. Stapi chiusi S ipiegano per pezzi di fora non ottenibili con altri tipi di stapi. Il seistapo inferiore è scoponibile in due parti, per cui non sono necessari angoli di sforo. Lo stapaggio avviene senza forazione di bava e la precisione di fora e di diensioni del pezzo sono notevoli, quindi sono ridotti al inio i sovraetalli. In figura è riportato uno schea. punzone seistapo fisso punzone assello stapo seistapo obile pezzo stapato bava pezzo stapato

17 17 Questo procediento, olto costoso per la cura che richiede la fabbricazione degli stapi, si usa per ateriali facilente deforabili, con inia pressione, a basse teperature e in un intervallo abbastanza apio, in odo da scorrere e riepire tutti gli incavi dello stapo, anche se sottili. Tali ateriali sono: certi OTTONI (P-CuSn 40), i BRONZI all alluinio e al silicio, alcune LEGHE LEGGERE da lavorazione plastica. Sono riportati di seguito due esepi di stapaggio. Stapaggio di una puleggia Le varie fasi coprendono 1 2 Sgrossatura del assello cilindrico in odo che la riduzione dello spessore provochi un auento del diaetro Finitura della fora esterna della puleggia con lo stapo a finire Con ulteriori lavorazioni di finitura si ottiene il pezzo finito coerciale rappresentato in figura 3 4 Punzonatura della parte centrale con lo stapo di tranciatura Tranciatura finale della bava con lo stapo a sbavare Stapaggio di un albero a goito Le varie fasi coprendono 1 2 Sbozzatura della barra di partenza, con stapo aperto, per stirare il ateriale al centro e alle estreità Piegaento dello sbozzato 3 4 Stapaggio definitivo con lo stapo a conforazione finale Tranciatura finale della bava con lo stapo a sbavare