L'IMBUTITURA DEGLI ACCIAI INOSSIDABILI ALLA PRESSA E AL TORNIO A CNC

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1 Estratto dalla Rivista LA MECCANICA ITALIANA n dicembre 1988 L'IMBUTITURA DEGLI ACCIAI INOSSIDABILI ALLA PRESSA E AL TORNIO A CNC THE STAINLESS STEELS: THE DRAWING AT THE PRESS AND THE SPINNING AT THE CNC LATHE Biscàro G. Lagostina - Omegna (NO) Sommario L'articolo espone i criteri di scelta degli acciai inossidabili da impiegare per pezzi imbutiti, i cicli di lavorazione e le caratteristiche degli stampi richiesti. Segue, come esempio, un ciclo di stampaggio di pentole a pressione, ricco di numerosi suggerimenti operativi. Fra i nuovi sistemi di imbutitura, viene poi ricordato il procedimento «Hydro-Mec» e, per la produzione flessibile di piccole serie, viene analizzato il sistema di imbutitura automatica su tornio a CNC. Lezione tenuta al corso «Gli acciai inossidabili / 2 modulo: le lavorazioni e le applicazioni», organizzato dalla Asmeccanica, con il patrocinio del Centro INOX, nell'ottobre 1988 a Milano, presso la FAST. Summary The paper refers on thè criteria of choice of thè stainless steels for thè employment in thè drawing and in thè spinning of thè pieces, thè operating cycies and thè characteristics of thè required dies. It is presented a forming cycle for thè kettles, with many operating suggestions. Between thè new forming systems, it is remembered thè «Hydro-Mec» process and, for thè flexible small batches's manufacturing, it is analyzed thè automatic spinning System at thè CNC iathe. Stampaggio e imbutitura alla pressa Tra gli acciai inossidabili, i ferritici e gli austenitici si prestano meglio alla imbutitura ed allo stampaggio; la preferenza, però, è data agli austenitici per la loro maggiore attitudine alia deformazione a freddo. La loro grande malleabilità, quando sono trattati allo stato ricotto, li rende molto adatti - all'imbutitura, per cui trovano, oggi, un larghissimo impiego. Parallelamente, come abbiamo già sottolineato, tendono a assumere una grande durezza per incrudimento. Ciò impone alcune modifiche alle normali tecniche di stampaggio dei normali acciai dolci e qualche restrizione nella scelta del tipo di acciaio inossidabile da utilizzare. In altra occasione si è visto la relazione che esiste tra la composizione e la sensibilità all'incrudimento; possiamo solo ricordare che un alto tenore di nickel ed un basso carbonio sono sempre favorevoli al mantenimento della duttilità anche di fronte a deformazioni importanti. La maggior parte delle operazioni di stampaggio e imbutitura sono effettuate partendo da laminati ricotti con trattamento termico compreso 29 LA MECCANICA ITALIANA dicembre 1988 n 222

2 tra i 1050 e i 1150 gradi centigradi. Lo stato delle lamiere e della loro superficie dovrà essere scelto in funzione dei risultati che si vogliono ottenere. Normalmente si parte da laminati semplicemente ricotti, decapati e «skinpassati» (tabella I - finitura 2B). Questo tipo di finìtura consente una buona aderenza del lubrificante. L'attenzione dell'utilizzatore dovrà essere posta anche sulla planarità e regolarità dello spessore delle lamiere; infatti, variazioni di spessore provocano la insorgenza di tensioni irregolari che possono provocare cricche o pieghe. Tolleranze di più o meno 0,04 mm su un nastro di spessore 1,0 mm e di altezza superiore a 150 mm sono accettabili (cfr. tabella II «Tolleranze normali») e sono normalmente garantite da quasi tutte le acciaierie. tura di acciaio dolce. Il lavoro di cesoiatura non presenta particolari difficoltà; anche in questo caso, però, è necessaria una potenza maggiore. Qualunque sia la modalità di taglio, è necessario che i pezzi tagliati non presentino bave né incrudimento superficiale ai bordi. Utensili di formatura. A seconda della forma dei pezzi e l'importanza delle serie da produrre, il materiale per la costruzione degli utensili di stampaggio, imbutiture, ecc. possono essere i più vari. TABELLA I - Terminologia delle finlture superficiali. DESCRIZIONE laminato a caldo, non decapato laminato a caldo, decapato Si possono impiegare acciai da utensili ed acciai speciali trattati, come, per esempio, i già citati acciai al 12-14% di cromo, anche con l'aggiunta di altri elementi, come il tungsteno, il molibdeno e il vanadio, che migliorano ulteriormente la resistenza all'usura. Questi tipi di acciaio saranno utilizzati dopo un trattamento termico che dia loro una durezza tra i 55 ed i 60 Rockwell C; a maggior durezza corrisponderà una maggiore resistenza all'usura, mentre una durezza inferiore diminuirà il rischio di produrre delle rigature sulla superficie della lamiera. Per piccole matrici, si potranno utilizzare anche acciai rapidi, sempre con trattamenti speciali. Per piccole serie e per condizioni di lavoro non troppo severe, si possono utilizzare acciai al carbonio trattati o acciai poco legati dei tipi detti «indeformabili». Si possono utilizzare anche le ghise, trattate per una du- americana Firish 1 T E R t 1 tf 0 L 0 G 1 A tedesca I e il a francese... Fini No. 1 laminato a freddo (in fogli), decapato (Finish 20} (IH b)._ Taglio delle lamiere La fabbricazione di pezzi imbutiti si fa, normalmente, partendo da uno sviluppo tagliato per cesoiatura o punzonatura, da lamiere o nastri. Gli utensili, matrice e punzone, devono essere robusti; normalmente, vengono costruiti con acciai contenenti dal 12 al 14% di cromo e con una percentuale di carbonio tra l'1,5 ed il 2. lanìnato a ffieddo (in rotolo), decapalo laninato a freddo (in rotolo), skinpassato laminato crudo solato, grana 80 Finish 2D Finish 2E IH b II I e I II a Fini Jfo. 2 B Fini Ho. Z B Fini P 90 Devono essere trattati con una durezza vicino ai 60 Rockwell C. Per quanto riguarda il gioco tra punzone e matrice, possiamo indicare, per lamiere di spessore 1,0 mm, 7 centesimi. nolato, Qrana 160 noleto, grana 220 Finish k IV... Fini P 160 Fini P 2Z0 Dobbiamo, inoltre, sottolineare che il lavoro necessario per la tranciatura degli acciai inossidabili è molto più grande che per l'acciaio dolce. Le presse per la tranciatura dovranno avere una potenza almeno doppia rispetto a quelle destinate alla trancia- satinato lucidaio lue (dato a specchio Finish 6 finish 7 Finish 8 V FtrJ P satin Finì P niroir 30 LA MECCANICA ITALIANA dicembre 1988 n 222

3 TABELLA II - Tolleranze sugli spessori in rapporto alla larghezza. Tolleranze Nomali Tolleranze di Precisione Larghezza m Larghezza nm SPESSORE gin ^ 1(0 >100 a 150 >150 ;S 100 >1C0 a 150 >150 da 0,05 a 0,1 0,0075 D ,0075 0,005 o,ore 0,035 > 0,1 a 0,2 0,01 0,015 0,015 0,0075 0,01 0,01 > 0,2 a 0,3 0,015 0,02 0,025 0,01 0,015' n,o? > 0,3 a H.if 0,02 0,025 0,03 0,01 0,015 0,02 > 0,V 3 0,6 0,025 0,03 0,035 0,015 0,0? 0,025 > 0,6 a 1 0,03 0,035 0,04 0,02 n,g?5 0,03 > 1 a 2 0,04 0,045 0,05 0,025 0,03 0,035 > 2 a 2,5 0,1 0,1 0,1 0,07 0,07 0,07 > 2,5 a 3 0,125 0,125 0,125 o.oa 0,08 0,00 rezza intorno ai 450 Brinnel; carburi di tungsteno, solo per lo stampaggio di pezzi molto piccoli e per la costruzione di matrici che debbono sopportare forti sollecitazioni. È chiaro che questi tipi di stampi, molto cari, saranno impiegati per lavorare delle serie di pezzi molto elevate. Per le imbutiture molto profonde vengono, molto spesso, utilizzati i bronzi di alluminio impiegati, in riporto, per le parti interessate, su basi di ghisa. Il bronzo di alluminio è una lega di rame con 10-=-15% di alluminio e 3 + 5% di ferro, con l'aggiunta, in tenore minimo, di altri elementi (complessivamente lo 0,7%). Elevate caratteristiche meccaniche accompagnano una buona conducibilità termica (0,18% Cal/crr)2/cm/s.). Infine, semplifica i problemi di lubrificazione e diminuisce la probabilità di saldatura tra i metalli in rottura del meato lubrificante («Pick-up»). A questo proposito dobbiamo sottolineare che la lubrificazione gioca un ruolo molto importante nello stampaggio e nell'imbutitura. È chiaro che se una attrezzatura è stata mal disegnata o realizzata, poca influenza potrà avere una buona lubrificazione. Ma uno dei fattori sui quali è più facile agire quando tutte le altre condizioni sono un po' a) limite e rendono l'operazione di imbutitura aleatoria, una modifica della lubrificazione può sicuramente portare ad una migliore riuscita ed a una notevole diminuzione dei pezzi di scarto. Diverse sono le considerazioni che ci debbono portare alla scelta del lubrificante; essa dipenderà dalla forma del pezzo, più o meno complesso; dai materiali con i quali è stato costruito lo stampo; dallo stato della superficie della lamiera utilizzata. Se questa sarà in finltura 2D tratterrà meglio il lubrificante di quella in finltura 2B o 2A. I costituenti dei lubrificanti sono: gli olii minerali derivanti dal petrolio; i grassi o gli olii grassi d'origine animale o vegetale; gli acidi grassi, come gli acidi stearici e oleici; gli olii clorati, paraffine o olii grassi trattati con doro; gli olii sulfonati, ottenuti trattando certi composti con acido solforico con un neutralizzatore, come i solforicinoleati; gli olii solubili, che sono olii minerali addizionati con un emulsivo, in generale solfonico; i saponi solubili o insolubili (saponi metallici); i pigmenti, in piccole particene solide insolubili, come talco e grafite. Le combinazioni di questi diversi 31 LA MECCANICA ITALIANA dicembre 1988 n 222

4 elementi consentono di realizzare, sostanzialmente, quattro tipi di lubrificanti: 1) lubrificanti per pressioni molto elevate, a base di olii solforati o clorati, diluiti con olii minerali. Questi tipi sono i più adatti per i lavori di stampaggio ed imbutitura. Si presume che, sotto una pressione sufficiente, questi composti si decompongano ed il eloro e lo zolfo formino un «film» non metallico che impedisce il grippaggio del metallo; 2) lubrificanti contenenti pigmenti; sono a base di grassi o olii grassi con i quali si forma una pasta con l'aggiunta, per esempio, di grafite; sono adatti nei casi di imbutitura molto difficile; 3) lubrificanti grassi non contenenti pigmenti; sono, come i precedenti, a base di grassi o olii grassi oppure olii o grassi minerali, oppure olio solubile impiegato tal quale o con l'aggiunta di acqua; 4) lubrificanti a base di sapone; sono liquidi o in polvere e si prestano molto bene all'imbutitura con punzoni e matrici di bronzo di alluminio. La rimozione dei lubrificanti sui pezzi finiti si farà, a seconda della loro natura, con solventi organici o con sgrassanti alcalini che sono più efficienti per tutti i lubrificanti contenenti olii o grassi vegetali o minerali o prodotti da essi derivati. I lubrificanti a base di saponi potranno essere rimossi semplicemente con acqua. È molto difficile dare delle indicazioni molto precise su come debba essere effettuato il lavoro di stampaggio ed imbutitura. Solo l'esperienza potrà permetterci di stabilire il ciclo di lavorazione, l'eventuale numero di passaggi, le riprese, ecc. In ogni caso, daremo qui di seguito alcune indicazioni generali e qualche ordine di grandezza. Abbiamo già detto che la potenza della macchina da impiegare dovrà essere circa doppia di quella utilizzata per gli acciai normali. La velocità di deformazione dovrà essere sensibilmente più lenta; si è constatato, in pratica, che l'allungamento degli acciai austenitici varia con la velocità di trazione, cosa che non si verifica con gli acciai dolci. Inoltre, lavorando più lentamente, l'utensile si scalda in misura minore, riducendo il rischio di grippaggio. Daremo, più avanti, alcune indicazioni sintetiche relative al modo migliore di operare per ottenere una buona imbutitura profonda. Dobbiamo sottolineare che durante l'imbutitura la lamiera si deforma in modo irregolare, e il suo spessore può aumentare in certe zone e diminuire )n altre. A queste differenze di spessore corrisponderanno delle differenze di incrudimento e, di conseguenza, delle notevoli variazioni di durezza. Molto spesso i pezzi non potranno essere ottenuti con un solo passaggio; bisognerà, quindi, fare un altro o altri passaggi, cercando sempre di evitare, ove possibile, ricotture intermedie per ricondizionare il metallo, operazioni, queste ultime, molto costose. Tutto quanto abbiamo sin qui detto vale per gli acciai austenitici. Per quanto riguarda i ferritici (ed i martensitici dolci), si può operare nelle stesse condizioni che per l'acciaio ordinario speciale per imbutitura profonda. Soltanto la potenza della pressa, come per gli acciai austenitici dovrà essere maggiore che per gli acciai al carbonio. Riassumiamo, qui di seguito, una breve serie di regole generali da seguire per ottenere una buona imbutitura in un corpo cilindrico. Analisi delia lamiera. Le acciaierie possono fornire delle analisi speciali per imbutitura profonda. È buona regola concordare con il fornitore il tipo di analisi del materiale in funzione del pezzo da imbutire. Con una analisi adatta, il pezzo avrà minor tendenza all'incrudimento e alle criccature. Condizioni di impiego. Stato del metallo: trattato per il massimo allungamento; più il metallo sarà dolce, meno avrà tendenza a formare pieghe e più grandi saranno le deformazioni che dovrà subire. Superficie della lamiera. Laminata a freddo, ricotta e, al massimo skinpassata; una superficie in tale condizione tratterrà meglio il lubrificante rispetto ad una superficie lucida. Inoltre, una lamiera od un nastro laminati a freddo avranno uno spessore molto più uniforme di un metallo laminato a caldo. Spessore del metallo. Si dovrà evitare di utilizzare una lamiera troppo sottile; la tendenza del metallo a formare delle pieghe cresce con la dimi- 32 LA MECCANICA ITALIANA dicembre 1988 n 222

5 nuzione dello spessore. Inoltre, lo spessore dovrà essere il più costante possibile; questo punto è molto importante per i pezzi che debbono subire un secondo passaggio di imbutitura o per quelli che debbono avere uno spessore molto regolare. Bordi del disco. Dovranno essere cesoiati o punzonati con utensili affilati molto bene; bordi rugosi ed incruditi avranno tendenza a formare delle cricche. Dimensioni del disco. La dimensione massima è il doppio di quella del punzone del primo passaggio di imbutitura. Raggio della matrice. Da 5 a 8 volte lo spessore delia lamiera; un raggio troppo ampio rischia di provocare delle pieghe; un raggio troppo stretto di produrre delle rotture e di incrudire troppo il metallo. Raggio del punzone. Almeno quattro volte lo spessore della lamiera; un raggio troppo stretto invita alla rottura; un raggio troppo grande potrà essere utilizzato, ma sarà necessaria una pressione più elevata sui premilamiera, soprattutto quando lo spessore del laminato è molto sottile. / materiali con i quali saranno state costruite le attrezzature dovranno essere puliti e lucidati nel modo più perfetto possibile per evitare la formazione di «picùres», rigature e grippaggi. Inoltre, la loro forma dovrà essere perfettamente cilindrica; un punzone o una matrice che presentino delle conicità faciliteranno le rotture. Pressione del premi-lamiera. Dovrà essere sufficiente ad evitare la formazione di pieghe; questo punto è particolarmente importante nel caso di dischi di spessore sottile e di dimensione elevata, onde evitare pieghe e rotture. Gioco tra punzone e matrice. Spessore della lamiera aumentato dal 20 al 35%. Un tale gioco non rischierà di rovinare gli utensili e riduce le rigature al minimo. Nel caso si debba ottenere un imbutito di spessore costante che consenta dei nuovi passaggi più importanti, tale gioco potrà essere ridotto. Lubrificante. Dovrà avere la massima efficacia possibile; dei vari tipi di lubrificante abbiamo già parlato. Velocità di imbutitura. Lenta, da 10 a 15 metri al minuto; l'acciaio austenitico s'incrudisce di più e tende a criccare quando è deformato troppo rapidamente. Ciclo di lavorazione di un pezzo cilindrico Questo ciclo può, per esempio, essere utilizzato per ottenere il corpo di una pentola a pressione. Dallo sviluppo circolare di 490 mm si opera la prima imbutitura 280 x LA MECCANICA ITALIANA dicembre 1988 n 222

6 (figura 1), cui segue, in linea, una tranciatura della flangia, riportandola al minimo valore consentito dall'utensile da taglio. Ciò è indispensabile ai fini della seconda imbutitura (figura 2). Il pezzo ripreso viene impostato capovolto sulla attrezzatura di seconda imbutitura, costituita da una femmina cava sul cui bordo scorre, compiendo un arco di 180, il materiale del preimbutito, come descritto in figura 2 sotto l'azione del punzone. Si ottiene, così, l'imbutito finale 220x220 mm. Un tale procedimento sottopone le attrezzature a notevoli sollecitazioni. Riteniamo che si possa ottenere un buon risultato, in rapporto all'efficienza e all'usura, nonché all'ottimo livello di qualità del pezzo ottenuto, con l'utilizzo di bronzo di alluminio impiegato in riporto per le parti interessate su basi di ghisa. A questo punto ci sembra opportuno accennare ad un altro aspetto dello stampaggio. Nel corso delle messe a punto del ciclo di lavorazione interviene la necessità di valutare le condizioni di tensione interna cui il pezzo imbutito è sottoposto per azione della avvenuta deformazione plastica. Infatti, poiché il materiale non viene sottoposto a trattamenti termici di solubilizzazione intermedia, di costo elevato, le sue condizioni debbono essere tali da garantirne l'integrità nel tempo. È possibile, infatti, ottenere un imbutito integro al collaudo dopo l'imbutitura e ritrovarlo, in un tempo successivo, fessurato secondo linee pressoché parallele, con l'aspetto di corolla aperta. If fenomeno, analizzato dal Bausching, consiste nell'intensificarsi dell'azione delle tensioni nel tempo, sembra con un massimo intorno alle tre-quattro settimane, valore, questo, estremamente variabile in funzione dei fattori che intervengono nell'operazione. Negli acciai inossidabili austenitici magnetici, allo stato solubilizzato, il fenomeno si manifesta con l'apparire di una magnetizzazione che si intensifica con il progredire del tempo. Il lavoro di deformazione a freddo, che determina una trasformazione parziale dell'austenite, aumenta la permeabilità magnetica. Questo aumento è tanto più grande quanto maggiore è il tenore degli elementi che favoriscono la trasformazione dell'austenite in ferrite (Molibdeno, Silicio, Tungsteno). Al contrario, un aumento del tenore degli elementi sviluppanti e stabilizzanti l'austenite (Nickel, Azoto, Manganese), tenderà a diminuire l'influenza dell'incrudimento. La tabella MI indica le variazioni di permeabilità magnetica in funzione dell'incrudimento per differenti analisi chimiche. Appare, quindi, evidente che la variazione della permeabilità magnetica con l'incrudimento è un indice di estrema importanza ai fini della rilevazione dello stato di tensione. Ne deriva l'utilità pratica della misura della permeabilità magnetica anche nel campo della produzione di serie, inserendo tale rilevazione a campione «in vivo» nel processo di avanzamento dei semiprodotti, con una prova di carattere «non distruttivo». A titolo ancora una volta informativo segnaliamo, per la misurazione della permeabilità magnetica, il «Permeability Indicator» della Severn Engineering Co. di Annapolis M.D. - U.S.A. Continuando il ciclo di lavorazione della nostra pentola seguono: l'applicazione sul fondo dello strato di lega ad elevata conducibilità; TABELLA III - Variazione della permeabilità magnetica e delle caratteristiche meccaniche in funzione dell'incrudimento * A C C I A I O A l S 1 Cr 17,6 16,* 19,0 NI 7,8 9,0 10,7 Riduzione per lavorazione a freddo 0 19, B 8* 0 13, B*(5 PE RIABILITA' MAGKETtCA H ,0027 1,1*B n,e 1,0025 1,0076 1,050 1,56-2,15 1,0037 1,00*8 1,0371 1,5*0 2.2P H ,0028 1,257 i9 1,0035 1,011 1,120 2,70 6,P5 i.owo 1,0060 1,052 2,12 4,75 Carico di rottura a trazione ,8 90, ,7 70, *1 34 LA MECCANICA ITALIANA dicembre 1988 n 222

7 il taglio calibrato in senso normale all'asse del pezzo (figura 3.5); il trattamento di ipertempra localizzato (figura 3.6) che ricondiziona la fascia interessata alla successiva lavorazione; l'operazione di formatura mediante carico di punta sulla parete, la quale conserva elevate caratteristiche meccaniche acquisite nella lavorazione a freddo e, pertanto, sopporta senza deformarsi il carico che, al contrario, determina la formazione della fascia trattata e riportata alle condizioni primitive. Fig. 4 - Schema di impianto «Hydro-Mec». Ci sia consentito dare qualche precisazione circa il trattamento localizzato; esso è ottenuto mediante un generatore a media frequenza (450 khz) con induttore circolare a spire che inducono corrente neil'indotto costituito dal pezzo. La determinazione della potenza dell'impianto è fondamentale in funzione dello spessore del manufatto da trattare. È opportuno prevedere un pirometro ottico che determini il raggiungimento della temperatura prefissata, indipendentemente da un temporizzatore che non terrebbe conto di eventuali variazioni di tensione dell'alimentazione. Infine, determinante è il tempo di mantenimento in temperatura per la solubilizzazione e per la grossezza dei grani in funzione della successiva deformazione plastica di compressione. A completamento del ciclo, sono previste le operazioni di smerigliatura, pulitura e lucidatura, seguite da lavaggio accurato, onde eliminare ogni residuo di lavorazione che possa interferire sull'integrità della superficie. a - punzone di imbutitura b - premilamiera - disco di acciaio guarnizione - anello di imbutitura camera idraulica - valvola di regolazione - filtro ad alta pressione - valvola anti-ritorno - paratoia d'arresto - distributore elettromagnetico m - filtro n gruppo idraulico o riserva d'acqua Nuovi sistemi di imbutitura In questi ultimi anni sono stati messi a punto nuovi ed originali sistemi di imbutitura sui quali vale la pena fare qualche cenno. Il più originale (coperto da brevetto internazionale della Siemens Elettrogeràte GmbH) ci sembra il procedimento di imbutitura idro-meccanica, denominato «Hydro-Mec». È un procedimento di imbutitura profonda per trasformare lamiere piane o preformate in elementi cavi cilindrici, prismatici, conici o parabolici. La lamiera da imbutire è pressata direttamente su un cuscino d'acqua a pressione pre-regolata (che funge da matrice) per mezzo di un punzone 35 LA MECCANICA ITALIANA dicembre 1988 n 222

8 Fig. 5 - Contenitore «Gastronomi» pianta. che, scendendo, permette alla lamiera di assumere la forma del punzone (cfr. figura 4). I vantaggi di questo procedimento di imbutitura sono molto numerosi. Si possono ottenere rapporti di imbutitura fino a 2,7 ed oltre. Imbutiti conici e parabolici si ottengono con una sola operazione, quando, con jl procedimento di imbutitura classico, sono necessari diversi passaggi con ricotture intermedie. Possono essere imbutiti fondi con raggi molto piccoli; inoltre, l'andamento dello spessore del pezzo imbutito sarà molto più uniforme, consentendo l'utilizzo di lamiere di spessore più sottile. II medesimo utensile (punzone) consente di imbutire lamiere di spessori e materiali differenti. La costanza dimensionale dei pezzi imbutiti sarà perfetta. Il costo di fabbricazione del pezzo sarà molto ridotto a causa di diversi fattori: costo ridotto delle attrezzature; ridotto numero di operazioni di imbutitura; mantenimento della qualità della superficie, in quanto la lamiera scivola su di un cuscino d'acqua; eliminazione delle ricotture intermedie, in quanto la maggior parte dei pezzi, anche i più difficili, si possono ottenere con un solo passaggio; sicurezza di lavorazione e manutenzione più facile. La tenuta ermetica è assicurata da una guarnizione molto resistente che può essere sostituita in pochi secondi. Qualsiasi pressa, a doppio effetto, idraulica, può essere equipaggiata con una unità idro-meccanica; per contro, una pressa con una unità idro-meccanica può essere utilizzata con utensili per l'imbutitura classica senza alcun adattamento. Le potenze di pressione elevate necessarie per i procedimenti d'imbutitura analoghi possono essere notevolmente ridotte grazie al principio del pistone d'appoggio idro-meccanico (coperto da brevetto). Ci sembra doveroso, in questa breve trattazione, fare un cenno anche sugli altri acciai non convenzionali; gli austeno-ferriticì (e ferritico-austenitici) o «Duplex». Trattasi di un orientamento delle acciaierie svedesi, che si propone di realizzare acciai inossidabili che, per livello di prestazioni, siano delle vere e proprie «superleghe». In termini di costo l'obbiettivo, anche se non dichiarato, è quello di offrire un acciaio di caratteristiche superlative ad un prezzo interessante, anche se superiore agli austenitici tradizionali, in rapporto alle prospettive di impieghi di elevate sollecitazioni sia di tipo chimico che meccanico. A titolo informativo, citiamo il tipo 2205, con lo 0,030 di carbonio, il 22 di Cromo, il 5,5 di Nickel ed il 3 di Molibdeno. Una delle caratteristiche degli acciai austeno-ferritici è il loro limite elastico abbastanza elevato, mentre la duttilità, in confronto agli acciai austenitici, è un po' meno alta; hanno, pertanto, una minore attitudine all'imbutitura profonda. Grazie alla presenza di una certa quantità di ferrite, gli acciai austenoferritici sono attirati dalla calamità. Non abbiamo elementi dì prova circa l'applicazione concreta di questi tipi di acciaio. Altro tipo di acciaio non convenzionale è quello al Cromo-Manganese. Nel quadro attuale del mercato dell'acciaio inossidabile, che è difficile dire quanto possa essere definito congiunturale, assume particolare rilievo indagare sulla possibilità di reperimento e di impiego di tale tipo di acciaio. La tensione sui prezzi ha determinato una lievitazione soprattutto là dove l'incidenza degli elementi di lega di maggior pregio (nickel e ferro- 36 LA MECCANICA ITALIANA dicembre 1988 n 222

9 Fig. 6 - Contenitore «Gastronomi» sezioni. In sintesi, il comportamento dell'acciaio al Cr-Mn durante la deformazione a freddo si è rivelato assimilabile a quello del più nobile acciaio al Cr-Ni; permane amagnetico anche dopo lo stress da incrudimento, purché le condizioni di partenza sopraelencate siano rispettate ed avendo adattato accorgimenti e parametri di lavorazione adeguati ancorché diversi da quelli dottati per l'acciaio a Cr-Ni. È da segnalare, infine, l'ottima lucidabilità ed un gradevole, caldo aspetto. cromo) è più elevata e dove il mercato ha tendenza deficitaria. Per contro, l'andamento dei prezzi della ferrolega Fe-Mn carburata non ha subito variazioni di rilievo rispetto al prezzo medio del primo trimestre L'austenitico al Cr-Mn, pur mantenendo una più che soddisfacente resistenza alla corrosione, contiene un tenore di cromo sensibilmente inferiore. Inoltre, la sostituzione del Nickel coi Manganese, che assicura una struttura austenitica, garantisce una lavorabilità a freddo competitiva con gli austenitici tradizionali. Per quanto riguarda il costo dell'acciaio inossidabile al Cr-Mn, l'impiego del cromo con tenore ridotto (13-r14%) e def manganese ( %), con una percentuale di nickel inferiore all'un per cento, fa sì che l'incidenza dei costi dei componenti di lega risulti sensibilmente inferiore rispetto a quella che si riscontra negli acciai al Cromo-Nickel. Ricordando le indicazioni dei prezzi dei metalli e la minore nobilita del Mn rispetto al Ni, questo differenziale appare sensibile tanto da rendere attuale l'interesse a sviluppare e mettere a punto un materiale di questo tipo. Segnaliamo, per contro, che questo sviluppo e messa a punto passano per il superamento di alcune difficoltà tecnologiche del processo di acciaieria. I tests di imbutitura, effettuati con materiale di provenienza Est-europea, hanno confermato, in pratica, che per l'acciaio al Cromo-Manganese, data la sua curva di incrudimento durante la deformazione a freddo che si presenta più ripida, è d'obbligo la raccomandazione di un accurato trattamento termico di solubilizzazione dell'acciaio durante il ciclo metallurgico. Ciò risulta essenziale sia al fine della dimensione del grano che come noto, ha una rilevante influenza sullo scorrimento del materiale (è sperimentato come valido il valore N 9 della scala ASTM), sia al fine di evitare precipitazioni di carburi e azoturi di cromo interstiziali, a pregiudizio della resistenza alla corrosione intercristallina. Accorgimenti nella tecnologia di trasformazione II manufatto da ottenere è schematizzato nel disegno allegato e deve essere prodotto in grande serie (figure 5 e 6). Trattasi di contenitori modulari di acciaio inossidabile di dimensioni modulari detti (in termini europei) «Gastronorm», per il confezionamento, la conservazione e la distribuzione degli alimenti. Per tali prodotti è normalmente impiegato acciaio del tipo AISI 304 e 304 L per profondo stampaggio. Gli accorgimenti adottati sono: a) portare il manufatto nella sua configurazione geometrica finale nel più breve tempo possibile; abbiamo già detto, infatti, che la curva di incrudimento dell'acciaio al Cr- Mn é più accentuata; b) ricopertura dello sviluppo iniziale quadrangolare, smussato agli angoli, mediante film PVC di 80 microns di spessore, con funzione coadiuvante della lubrificazione; e) attrezzature di imbutitura che prevedono punzone composito (elastomero del tipo «Adiprene» accoppiato con elemento di acciaio). 37 LA MECCANICA ITALIANA dicembre 1988 n 222

10 Prova delle lamiere All'origine dei controlli delle caratteristiche di deformabilità delle lamiere sta, senza ombra di dubbio, il nome di A.M. Erichsen. Per il collaudo, l'accettazione materiali, la ricerca, sono disponibili apparecchi e macchine in grado di eseguire, anche in automatico, prove secondo ogni norma internazionale per il controllo di imbutibilità, tranciabilità, deformabilità, dell'anisotropia e incrudimento (r-=-n) delle lamiere. Anche i più moderni sistemi di studio mediante tracciatura elettrochimica di reticoli di misura sono stati resi di facile esecuzione con apparecchi espressamente studiati. Particolare attenzione è stata posta nella realizzazione di macchine atte a fornire i dati necessari a classificare il materiale in funzione delle specifiche esigenze dell'utilìzzatore. Sono così state progettate e costruite macchine per studio di tipo universale accanto a macchine monoimpiego per l'esecuzione di prove specifiche. Programmi speciali prevedono macchine per l'allestimento a regola d'arte dei provini e lo studio non distruttivo basato sull'effetto elettromagnetico dì Barkhausen. In ogni caso, sarà sempre buona norma chiedere ai fornitori di accompagnare la mercé con i certificati di analisi completi delle relative prove meccaniche. Fig. 7 - Schema di imbutitura per laminazione al tornio automatico. Determinazione dell'altezza del primbutito in funzione degli spessori iniziale e finale e dell'altezza finale. landrino Rullt di latina; Ione For«a Conlrcpunta Imbutitura al tornio Un altro procedimento di imbutitura che ha avuto un notevole sviluppo negli ultimi venti anni è quello per laminazione al tornio. Con questo procedimento è possibile partire direttamente dal disco oppure da un pre-imbutito, di forte spessore e relativamente basso, per ottenere un corpo avente un'altezza notevolmente superiore al diametro. Il processo di laminazione {figura 7) è basato sul principio di una azione combinata radiale di un duo o di un trio di rulli che tende a stringere il materiale contro la forma di acciaio temperato e di un movimento longitudinale la cui velocità può essere variata in una gamma compresa tra i 100 ed i 300 mm al 1 ' e che ha come risultato un assottigliamento della parete di un valore determinato dal gradino di laminazione ottenuto sui rulli stessi. È così possibile ottenere, senza alcuna ricottura intermedia, corpi molto lunghi, fino a 4/5 volte il diametro, cosa che altrimenti non sarebbe possibile realizzare che con onerosi procedimenti di stampaggio, con ricotture intermedie. flegolailone dello spessore della parete Disco in nylon per il «oto proltalnare del rulli Questo procedimento è oggi universalmente utilizzato per la produzione di pentolame comunitario, in quanto è possibile mantenere in corrispondenza della bocca e del fondo uno spessore maggiore; inoltre, date le relativamente piccole serie di produzione di questi manufatti, non sono necessari grossi investimenti in attrezzature di imbutitura del tipo tradizionale. Pezzo sbollato Pezzo finito Per inciso, dal processo di laminazione, se correttamente eseguito, risulta una superficie compatta e assai lucida tale da semplificare le successive operazioni di politura. In sintesi, il procedimento è così esemplificato: imbutitura di sbozzato con spessore dell'ordine di 3 mm e per una altezza di circa 100/150 mm che viene successivamente laminato e ri- 38 I LA MECCANICA ITALIANA dicembre 1988 n 222

11 1 co Fig. 8 - Sistema CNC - (Controllo Numerico Computerizzato). A (il r ) 1) Inserimento dati su mini floppy disk. Richiamo attraverso un semplice richiamo da tastiera. 2) II computer del sistema CNC utilizza il Software per il comando delle diverse apparecchiature collegate. Inserimento dei dati numerici come funzioni di macchina, tempi di attesa, velocità di avanzamento e numero dei giri del mandrino a mezzo tastiera numerica. 4) Inserimento dei gradini di pressione anche con disegni in scala, attraverso digitatore elettronico. 5) Memorizzazione dei dati di programma della macchina-su dischetti archivio. 6) Può essere prevista la stampa dei dati di programma su stampante. 7) Possibile produzione di immagini a più colorì del controllo di profilo. 8) II comando a CNC del tornio a imbutire e laminare è effettuato attraverso collegamenti digitali. 8 ) dotto ad uno spessore di circa 1 mm, triplicandone approssimativamente in tal caso l'altezza; al termine di questo procedimento, il corpo così ottenuto viene rifinito al bordo mediante operazione di tornitura con utensili, stante la pur sempre limitata serie di pezzi che non giustifica l'impiego di costosi attrezzi trancianti. Dove non sia necessario ottenere un corpo a spessori differenziati, è possibile l'imbutitura al tornio, partendo dal disco di acciaio. Esiste, oggi, in commercio una gamma di macchine, anche se non numerose, a Controlio Numerico Computerizzato, molto versatili, adatte alla produzione di piccole o grandi serie di pentolame, piatti, serbatoi, vasi, coperchi e fondi bollitori, pezzi Fig. 9 - Vantaggi del sistema CNC. i n i di pressione Programmazione e modifiche di programma sono possibile direttamente sulla macchina. È possibile programmare un qualsiasi numero di «gradini di pressione». Attraverso l'inserimento di coordinate X-Y (da 3 fino a 30), il computer programma di volta in volta il «grado di pressione'-. È possibile l'utilizzo di uno o più rulli di pressione. Controllo di tutti gli elementi essenziali della macchina e dello svolgimento delle funzioni. In caso di disturbo delle funzioni, l'impianto si ferma automaticamente e indica la causa, in modo chiaro, sul video. L'avanzamento ed il numero di giri del mandrino sono programmabili, così da ottenere una lavorazione e deformazione plastica costante. Si otterrà così un carico uniforme della macchina, l'utilizzo ottimale delle forze di deformazione ed una migliore qualità della superficie del pezzo lavorato. Disco n ) w - Asse r i Punto di partenza del rullo di pressione X - Asse:punto centrale della macchina 39 LA MECCANICA ITALIANA dicembre 1988 n 222

12 di lampade, corpi conici, tronco-conici, parabolici, ecc. (schemi figure 8 e 9). Queste macchine sono molto flessibili e di facile utilizzo; inoltre, questo tipo di comandi a CNC servono a comprimere i costi di produzione in quanto riducono notevolmente i tempi di attrezzaggio e i tempi morti. Un programma introdotto manualmente può essere registrato su banda magnetica o dischetto. Il programma così registrato è sempre pronto per essere ripetuto. li comando CNC di questo tornio dispone di un comando manuale o semi-automatico per l'introduzione del programma durane la deformazione plastica, per esempio, nella realizzazione del pezzo modello. Per mezzo di un commutatore sarà possibile effettuare l'avanzamento sulle slitte in avanzamento rapido o lento nella direzione della testa motrice o verso la contro-punta. Simultaneamente, attraverso un volantino, è possibile effettuare l'avanzamento trasversale. La combinazione dei due movimenti permette dì realizzare una curva. La traccia di questa curva può essere registrata per mezzo del comando «teach-in», manualmente o automaticamente, attraverso il comando CNC. Il programma così registrato è a disposizione per le relative lavorazioni ripetitive per mezzo del comando «play-back». Bibliografia [1] DI CAPRIO G., Gli Acciai Inossidabili. [2] Inossidabile - Periodico de! Centro Inox. [3] COLOMBER L, HOCHMANN J., Aciers inoxidables Aciers réfractaires, Ed. Dunad [4] UGINE, Les Aciers inoxidables - Les Réfractaires, ) Acciai Inossidabili, Ad. FIAT, [6] UGLIETTI G., Corso di aggiornamento tecnico. Centro Inox. (7) Stainless steel Handbook, Allegheny Ludlum Steel Corp. [8] L'acciaio inossidabile, Periodico, Ed. Avesta. [9] Inossidabile, Ed. Centro Inox. [10] La lavorazione dell'inossidabile, Ed. Terninoss [11] ASTM Standards, Part 21, May [12] UGLIETTI G., Nuovi materiali e tecnologie avanzate. Congresso F.E.C., Siena, Giugno LA MECCANICA ITALIANA dicembre 1988 n 222

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