STATO DELL ARTE DELLE TECNOLOGIE LAVORAZIONE LAMIERE E SCELTA MACCHINA PUNZONATRICE POLITECNICO DI TORINO SEDE DI ALESSANDRIA PROGETTO DI RICERCA

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1 POLITECNICO DI TORINO SEDE DI ALESSANDRIA PROGETTO DI RICERCA WP2: State of the art and industrial specifications STATO DELL ARTE DELLE TECNOLOGIE DI LAVORAZIONE DELLA LAMIERA E SCELTA MACCHINA PUNZONATRICE Eseguita per: Mondial Group S.p.A. Responsabile del progetto: Gianni GONELLA Firma:... Responsabile del WP2: Augusto DE FILIPPI Firma:... Sperimentatore: Paolo PRIARONE Firma:... Alessandria, 09/2009 Questo Rapporto non può essere riprodotto, se non in forma completa, senza l autorizzazione scritta del Laboratorio di Materiali e Caratterizzazione e non può essere citato fuori dal suo contesto. PAG. 1/47

2 Sommario 1 Introduzione Analisi dello stato dell arte nella lavorazione della lamiera La piegatura delle lamiere La teoria della piegatura Tipologie di piegatura Il ritorno elastico della lamiera lavorata Il taglio delle lamiere Tranciatura La tranciatura fine La punzonatura La roditura Il taglio laser Taglio con getto d acqua Analisi delle richieste dell azienda Mondial Group S.p.A Punzonatrici Amada Trumpf Schiavi Salvagnini Fpl-Technology Finn-Power Taglio laser Taglio con getto d acqua (Water Jet) Analisi di dettaglio della tecnologia necessaria Ottimizzazione dei criteri di scelta PAG. 2/47

3 3.5.1 Soluzione con tecnologia convenzionale Soluzione con tecnologia non convenzionale PAG. 3/47

4 1 Introduzione Nel presente documento si riportano i risultati parziali ottenuti nell ambito del progetto di ricerca Refliflex. In particolare è riportata la descrizione dello stato dell arte delle tecnologie di lavorazione della lamiera, con l analisi di mercato che ha portato alla scelta ed all acquisizione, da parte della Mondial Group, della punzonatrice AMADA AC255 NT. PAG. 4/47

5 2 Analisi dello stato dell arte nella lavorazione della lamiera Nel panorama delle lavorazioni industriali una categoria di fondamentale importanza è ricoperta dalla lavorazione delle lamiere, ovvero semilavorati piani, di diverse geometrie, di spessore generalmente s 5 mm, che dà origine ad una numerosa serie di prodotti quasi sempre finiti: carrozzerie automobilistiche, involucri di elettrodomestici, componentistica varia, ecc. I più importanti gruppi di lavorazioni delle lamiere sono le lavorazioni di taglio, la piegatura e l imbutitura. Per ottenere i pezzi stampati finiti sono necessarie diverse fasi di lavorazioni che richiedono macchinari (presse e stampi) molto costosi, pertanto la messa a punto di un impianto di stampaggio risulta economicamente conveniente solo per produzioni di grande numero di pezzi (lavorazioni in serie). Di seguito verranno prese in esame diverse tipologie di lavorazione della lamiera in particolare la piegatura, la tranciatura con le sue varianti e quindi punzonatura, la roditura anch essa nel caso meccanico, con laser e con getto d acqua (waterjet). 2.1 La piegatura delle lamiere La piegatura è il processo di lavorazione che modifica la forma della lamiera mediante un azione di flessione che provoca deformazione plastica del materiale solo lungo un asse. E attuabile su lamiere di tutti i materiali sufficientemente plastici da non determinare rotture in corrispondenza della piega. La deformazione si raggiunge con l applicazione di una forza esercitata di solito da un punzone, tale da superare il limite di snervamento del materiale. In questo modo si entra nella zona di deformazione plastica del materiale che quindi modificherà la sua geometria a seconda del tipo di piegatura esercitata La teoria della piegatura La teoria della piegatura si basa sulla presenza della fibra neutra (Figura 1) collocata al centro dello spessore della lamiera che si deforma senza allungarsi né contrarsi durante la deformazione: questa ipotesi vale, però, soltanto per valori alti (oltre 50) del rapporto r i /s tra raggio interno di PAG. 5/47

6 piegatura e spessore della lamiera. Nella pratica industriale la grande maggioranza delle piegature avviene con valori molto inferiori di quel rapporto. In questi casi la posizione della fibra neutra non è più al centro dello spessore, bensì spostata verso l interno (Figura 1); nelle fibre esterne si ha uno stiramento che provoca una riduzione di spessore. Le fibre interne invece subiscono un ricalcamento. La presenza di questi effetti porta poi al ritorno elastico del materiale che risulta essere l aspetto più critico della lavorazione di piegatura delle lamiere Tipologie di piegatura Figura 1: piegatura di una piastra "spessa" Esistono diverse tipologie di piegatura in funzione di come questa venga realizzata. La prima importante differenziazione va fatta in piegatura libera o in aria e piegatura in stampi. A seguire si riportano le principali tipologie di piegatura: La piegatura libera è caratterizzata dal fatto che il raggio interno di piega è sempre maggiore del raggio di testa del punzone (Figura 2). Questo tipo di piegatura risulta molto flessibile, semplice e non richiede particolari attrezzature. Inoltre la precisione di piegatura ottenibile, grazie ai moderni sistemi di correzione del angolo di piega e di compensazione del ritorno elastico, è molto migliorata rispetto ad anni fa e risulta oggi soddisfacente. Esistono due diversi tipi di piegatura libera e sono la piegatura a V e la piegatura ad L. PAG. 6/47

7 Figura 2: piegatura libera La piegatura a V viene effettuata utilizzando un punzone che esercita la forza di piegatura sulla lamiera che viene appoggiata alle estremità su delle matrici apposite. La caratteristica di questa tipologia di piegatura sta nel fatto che la lamiera non viene mai spinta in battuta contro la matrice sottostante. Di seguito, in Figura 3, viene presentata l analisi delle forze scambiate durante questo processo per arrivare ad ottenere il calcolo della forza necessaria di piegatura F = R Vincoli 2 R1 2 = Figura 3: piegatura a V M max F l = Momento massimo agente sulla lamiera 4 PAG. 7/47

8 M max y σ max = Tensione massima presente nella lamiera J 3 b s J = Momento d Inerzia della lamiera 12 s y = Distanza tra la superficie e la fibra neutra 2 σ max = 3 F l 2 b s b s σ max F = Forza di piegatura 3 l La piegatura ad L viene effettuata con la lamiera montata a sbalzo. Da un estremità si posiziona la lamiera su una matrice e applico sopra di essa il premi lamiera così che sia vincolata e non possa muoversi durante la lavorazione. A questo punto utilizzo un punzone per andare a piegare la parte di lamiera montata a sbalzo. Generalmente questo tipo di piegatura viene eseguita con lo scopo di ottenere pieghe delle lamiera di 90. Di seguito viene presentata l analisi delle forze scambiate durante questo processo per arrivare ad ottenere il calcolo della forza necessaria di piegatura. Figura 4: forze e momenti agenti nella piegatura ad L M max = F l = F g F s Momento massimo agente sulla lamiera PAG. 8/47

9 M max y σ max = Tensione massima presente nella lamiera J 3 b s J = Momento d Inerzia della lamiera 12 s y = Distanza tra la superficie e la fibra neutra 2 σ max = 6 F b s b s σ F = max Forza di piegatura 6 σ max R m La piegatura in stampi prevede la presenza di uno stampo e di un punzone che andrà a deformare la lamiera contro lo stampo stesso per ottenere la geometria desiderata (Figura 5). La piegatura in stampi è a tutti gli effetti una piegatura a V in cui il punzone spinge in battuta la lamiera contro la matrice sottostante. Di seguito sono riportati i passi principali di questo processo. Figura 5: piegatura in stampi PAG. 9/47

10 Questa tecnica di piegatura è tutt oggi molto usata ma subisce molto la concorrenza della piegatura in aria o libera che offre vantaggi di minori attrezzature necessarie e di maggiore flessibilità. La piegatura in stampi può essere di tipo semplice o multipla a seconda di quante pieghe vengano realizzate per ogni discesa del punzone,come illustrato a seguire. Piegatura Semplice: punzone e matrice sono sagomati in modo da eseguire una sola piegatura per ogni corsa del punzone. Per realizzare più piegature si devono eseguire più corse del punzone e posizionare, di volta in volta, la lamiera nel modo opportuno; Figura 6: piegatura semplice Piegatura Multipla: punzone e matrice sono sagomati in modo da ottenere, in una sola corsa del punzone, le pieghe volute. In questo caso il tempo per eseguire la lavorazione è ridotto, ma lo stampo di piegatura può effettuare solo quel tipo di piegatura e quindi risulta economicamente conveniente solo per produzione in serie; PAG. 10/47

11 Figura 7: piegatura multipla Nella piegatura in stampi è sempre presente un sistema di estrazione della lamiera dopo la lavorazione. L estrattore è rappresentato generalmente da un piastra mobile verticalmente azionata con una molla dal basso verso l alto (Figura 8). Figura 8: schema estrazione Non bisogna confondere il concetto di piegatura in stampi con il processo di imbutitura. L imbutitura prevede di deformare plasticamente una lamiera donandole la geometria tridimensionale dello stampo. Questo significa che la deformazione plastica agisce lungo tutti e tre gli assi mentre nella piegatura in stampi si sviluppa la deformazione solo lungo una direzione, salvo i casi dove interviene anche la trafilatura. Per questo motivo si considera scorretto definire l operazione di piegatura in stampi con il termine stampaggio che viene di solito utilizzato come sinonimo di processo di imbutitura. PAG. 11/47

12 La piegatura in stampi viene talvolta detta anche di coniatura. In realtà la coniatura serve a realizzare delle nervature sulle lamiere con lo scopo di aumentare la rigidezza della lamiera e la resistenza a carichi flessionali. Il processo di realizzazione è comunque quello di una piegatura in stampi ma l applicazione risulta diversa poiché la dimensione degli elementi coniati risulta piccola rispetto a quello dell intero componente stampato. In questo caso la forza necessaria alla piegatura risulta analoga a quella della piegatura a V modificata con un coefficiente d che dipende dall apertura w della matrice e dallo spessore s della lamiera. 2 d l s σ max F = Forza di piegatura w σ max R m La piegatura ad U consiste in una tipologia particolare di piegatura che può essere collocata tra la piegatura libera e quella in stampi. Con questo processo si posiziona la lamiera come nella piegatura libera a V e con un punzone della geometria complementare al profilo ad U viene eseguita la deformazione plastica. Tuttavia in questo tipo di piegatura oltre al problema del ritorno elastico è presente il fenomeno dell imbarcatura del fondo. Questo effetto fa incurvare il fondo della lamiera e per correggerlo si utilizza un contropunzone agente dal basso in verso opposto rispetto al moto del punzone. Come si può notare in Figura 9, l introduzione del contro punzone (b) elimina l imbarcatura del fondo (chiaramente visibile nel caso (a) ma rimane il problema del ritorno elastico che dovrà essere affrontato con soluzioni differenti per ogni tipologia di piegatura. Il calcolo della forza di piegatura in questo caso è analogo a quello per la piegatura a stampi con la sola modifica che si deve raddoppiare il coefficiente d. 2 2 d l s σ max F = Forza di piegatura w σ max R m PAG. 12/47

13 Figura 9: piegatura ad U La piegatura con macchine pannellatrici prevede l impiego di due strutture dette pressore inferiore e pressore superiore che servono a serrare la lamiera da una estremità. Sull estremità montata a sbalzo agisce un utensile oscillante che ruotando deforma la lamiera piegandola dell angolo voluto. Queste macchine piegatrici lavorano la lamiera con una procedura di partenza analoga alla piegatura libera ad L salvo utilizzare non un punzone mobile perpendicolarmente alla lamiera ma appunto un utensile oscillante. Questo tipo di piegatura viene per lo più utilizzato per piegare lamiere con angoli di 90 (Figura 10). PAG. 13/47

14 Figura 10: piegatura con macchine pannellatrici Con diversi studi, e qui solamente abbozzati, si è arrivati alla formulazione di un equazione per il calcolo del lavoro (energia) di piegatura: L = m F C + F p C dove F è la forza massima di piegatura, F p è la forza esercitata dal premilamiera, C la corsa del punzone e m un coefficiente che dipende dalla geometria di piegatura e tipicamente vale: m = 0,33 m = 0,66 Piegatura a V Piegatura a U 2.2 Il ritorno elastico della lamiera lavorata Tutte le azioni di ricalcamento e stiramento che si sviluppano in seguito alla piegatura devono essere compensate mediante spostamenti di materiale e da ciò derivano quindi tensioni interne che si liberano in parte dopo la piegatura, determinando il fenomeno del ritorno elastico. Questo fenomeno non è uniforme e costante: l entità del ritorno elastico dipende fortemente dal rapporto r i /s e in particolare risulta maggiore per alti valori di questo rapporto e viceversa (Figura 11). Il ritorno elastico che si sviluppa può essere visto ancora come la reazione del materiale nella condizione in cui si sia raggiunta la deformazione plastica e venga annullato il carico agente su di esso. Ogni materiale plastico, infatti, presenta sempre un ritorno elastico una volta raggiunte queste condizioni ed è possibile quindi imputarlo direttamente alle proprietà del materiale. PAG. 14/47

15 Figura 11: comportamento del materiale in seguito ad una deformazione plastica E importante ricordare come sia necessario tenere conto di questo fenomeno in tutte le operazioni di piegatura realizzate con ogni tipo di pressa (a montanti o pannellatrici). Ovviamente c è la necessità di annullare gli effetti di questo ritorno elastico poiché si va a modificare la geometria della piega che risulterà quindi meno deformata. Il ritorno elastico viene trattato in modo differente a seconda della tecnologia di piegatura adottata. 2.3 Il taglio delle lamiere Le lavorazioni di taglio che si possono effettuare su delle lamiere possono essere di diversa natura a seconda del tipo di taglio che si vuole realizzare. Occorre innanzitutto chiarire come vi siano diversi processi di taglio nel momento in cui si voglia realizzare un taglio della lamiera lungo tutta una sua dimensione oppure se lo scopo è quello di tranciare solo delle porzioni di lamiera con geometrie particolari realizzando quindi delle vere e proprie aperture. Nel primo caso un processo molto utilizzato è la cesoiatura mentre tutti gli altri tipi di lavorazioni che vedremo sono applicabili per ogni taglio atto a realizzare aperture nella lamiera di svariata geometria. PAG. 15/47

16 2.3.1 Tranciatura Come da definizione nella Normativa, la tranciatura può essere descritta come un processo di lavorazione atto a realizzare aperture o fori sagomati in una lamiera mediante un attrezzo detto punzone e un contro-attrezzo detto matrice. Scopo finale di questo processo è ricavare dalla lamiera dei pezzi tranciati che sono i pezzi utili della lavorazione. Fin da subito bisogna chiarire la differenza tra un operazione di tranciatura e punzonatura. Il tipo di lavorazione è il medesimo e l unica differenza sta nel fatto che nella tranciatura il pezzo utile è il tranciato mentre nella punzonatura avviene esattamente il contrario, quindi il prodotto finito sarà la lamiera forata e il pezzo tranciato sarà lo scarto (Figura 12). Da adesso in avanti si parlerà di tranciatura ma tutti gli aspetti che verranno analizzati riguardano ovviamente anche la punzonatura. Figura 12: esempio di tranciatura e di punzonatura Per eseguire questa lavorazione, bisogna poggiare le due estremità della lamiera su una matrice che nella parte sottostante presentano un angolo di spoglia/sformo necessario per garantire la caduta del tranciato senza che vi siano inutili attriti con la matrice stessa. Il corretto posizionamento della lamiera sulla matrice è garantito dalla presenza di un sistema guida lamiera. Il punzone applicherà la forza di tranciatura perpendicolarmente alla lamiera per deformare e quindi tranciare una parte di materiale (Figura 13) PAG. 16/47

17 Figura 13: schema di tranciatura A questo punto occorre un analisi più dettagliata delle fasi di tranciatura. La forza di tranciatura viene applicata alla lamiera dalla superficie frontale del punzone: sotto questa azione, la lamiera stessa si piega lievemente fra punzone e matrice (Figura 14/I). Al crescere del carico sul punzone, questo incide la lamiera e al raggiungimento della tensione di rottura a taglio del materiale si genera una superficie di frattura che separa l oggetto tranciato dal resto della lamiera (Figura 14/II). In questa fase il punzone applica la massima forza sulla lamiera. Mediante scorrimento del materiale del pezzo nella direzione di taglio e nella direzione a questa ortogonale, sul lato entrante del punzone lo spigolo di quest ultimo penetra nel materiale, mentre dalla parte opposta lo spigolo della matrice entra in corrispondenza nella lamiera. Al crescere della corsa le due incisioni iniziali si propagano l una verso l altra determinando il distacco del materiale (Figura 14/III). Durante la prima fase la forza esercitata dal punzone cresce per raggiungere il valore massimo nella seconda fase e decrescere velocemente nell ultima fase comprendente la caduta del tranciato. PAG. 17/47

18 Figura 14: fasi di tranciatura Il diametro della matrice è sempre un poco maggiore del diametro del punzone, perciò tra gli spigoli taglienti della matrice e del punzone vi è un gioco. L operazione lascia sui bordi (sia della lamiera, sia della rondella tranciata) una tipica struttura superficiale articolata in varie zone (Figura 15). Secondo le proprietà del materiale e l entità del gioco fra punzone e matrice, struttura e aspetto di questo zone variano notevolmente assumendo tipiche conformazioni. Partendo dalla parte bassa del tranciato, troviamo una bombatura inferiore causata dalla presenza del gioco (dell ordine del centesimo di mm) tra matrice e punzone che mi determina un momento che mi inflette appunto il tranciato, questo perché non ci troviamo nella condizione di taglio puro. Oltre all imbarcatura troviamo un arrotondamento dello spigolo inferiore: salendo sulla superficie del tranciato troviamo una zona di taglio liscia e lucida poiché questa ha subito uno strisciamento sulla parete della matrice. Salendo ancora la superficie diventa rugosa e questo perché si tratta della zona di origine della frattura. La parte superiore terminale vedrà infine la presenza di una bava di materiale. Inoltre per la presenza del gioco tra punzone e matrice, il tranciato assume una geometria conica anziché cilindrica. Come già detto in precedenza, la stessa struttura superficiale è presenta sulla lamiera priva del tranciato. PAG. 18/47

19 Figura 15: aspetto delle superfici di un pezzo tranciato L origine di una bava di materiale nella parte superiore del pezzo tranciato è dovuto allo stato di tensione presente localmente (Figura 16). Il volume A di materiale presenta uno stato di tensione di trazione dovuto proprio all operazione di tranciatura. Il volume B invece presenta uno stato di compressione oltre a quello di trazione radiale che permane. Risulta evidente che la bava che rappresenta il distacco del materiale tenderà a formarsi nella zona del volume A dove ho uno stato di tensione di pura trazione. Figura 16: stato tensionale nell'operazione di tranciatura Terminata l analisi del processo di tranciatura è necessario ricordare che punzone e matrice vengono visti all interno di un unica struttura che si definisce stampo di tranciatura (Figura 17) comprendente anche tutti i componenti strutturali necessari. PAG. 19/47

20 Figura 17: stampo di tranciatura La precisione dei pezzi tranciati migliora se si adottano giochi limitati fra punzone e matrice, ma contemporaneamente cresce la deformazione del materiale nella zona di taglio, cosa che determina un maggior effetto di incrudimento del materiale e richiede quindi superiori forze di tranciatura. La determinazione del gioco è un problema di ottimizzazione, perché il suo aumento può ridurre anche del 15% la forza e del 40% il lavoro necessario, pur ottenendosi una discreta precisione La tranciatura fine La tranciatura fine è una particolare tranciatura che consente di produrre in grande serie componenti di vario spessore senza che sulle superfici generate si verifichino le grossolane imperfezioni di taglio tipiche della tranciatura tradizionale. La dizione fine non si riferisce pertanto agli spessori delle lamiere in lavorazione, bensì al grado di finitura ottenibile sulle superfici generate dalla tranciatura. Con la tranciatura fine si lavora con gioco nullo tra matrice e punzone e si genera inoltre un elevata planarità, grazie alla presenza nella matrice di un elemento a funzionamento idraulico, antagonista al punzone, che controlla la penetrazione del pezzo in matrice e ne evita l imbarcamento. Con questa lavorazione si possono ottenere pezzi di spessore sino a 15 mm con superfici perfettamente finite, caratterizzate da una rugosità sino a 0.5 μm. L operazione di tranciatura fine viene svolta in modo del tutto analogo alla tranciatura tradizionale salvo l inserimento del premilamiera che serve a ridurre l effetto di incurvatura della lamiera e a bloccarla senza che il punzone se la porti dietro durante il ciclo di risalita. Come detto prima viene anche introdotto l uso di un contropunzone per eliminare l imbarcamento del fondo ed estrarre il PAG. 20/47

21 tranciato. Tuttavia una piccola porzione dello spessore del pezzo è interessata da un arrotondamento dovuto al cedimento che avviene sul materiale all inizio della sua penetrazione nella matrice. Inoltre per quanto riguarda la bava sui pezzi tranciati fini, va detto che essa esiste esattamente come nella tranciatura classica, e che deve essere quindi asportata mediante una successiva operazione di sbavatura. La matrice non è più spogliata in questo tipo di tranciatura poiché vi è la presenza al suo interno del contropunzone mobile e risulta quindi totalmente cilindrica. Il punzone non esegue più tutta l operazione di tranciatura perché lavorando con gioco tendente a zero non sarebbe possibile il suo passaggio in matrice alle alte velocità del processo di tranciatura tradizionale. Il punzone si occupa solo di eseguire la tranciatura e, con un sistema molto preciso di regolazione dei macchinari moderni, si ferma prima di entrare nella matrice e risale consentendo al contropunzone di estrarre dal basso verso l alto il tranciato. La Figura 18 rappresenta in sezione schematica semplificata gli elementi caratteristici dello stampo in una operazione di tranciatura fine. Figura 18: schema di tranciatura fine Il ciclo completo di tranciatura fine si compone delle fasi in Figura 19 e Figura 20: PAG. 21/47

22 Figura 19: fasi di tranciatura fine Figura 20: fasi di tranciatura fine (cont.) 1. Lo stampo è aperto. Il materiale è collocato a contatto con il premilamiera che non compie spostamenti durante la corsa di chiusura della slitta. 2. La slitta ha compiuto la corsa di chiusura (a velocità relativamente elevate per la necessaria ottimizzazione dei tempi) e si prepara a iniziare, non appena il cordone perimetrale entra in contatto con il materiale, la corsa di lavoro a velocità bassa. 3. Il premilamiera ha penetrato il suo dente perimetrale di bloccaggio nel materiale di tranciatura. La forza idraulica sul premilamiera viene selezionata sulla base di due valori: uno elevato per consentire al cordone di entrare nel materiale e uno inferiore per la tenuta del materiale stesso durante la tranciatura fine. Questo abbattimento in sequenza della forza sul premilamiera costituisce un interessante recupero di potenza a favore della tranciatura fine vera e propria. PAG. 22/47

23 4. L operazione di tranciatura fine è completata. Il pezzo si trova nella matrice e gli sfridi del profilo interni sono ancora nel punzone. Le forze idrauliche di contropressione e di premilamiera sono temporaneamente disattivate per evitare che, all iniziare della corsa di apertura dello stampo, il pezzo venga progressivamente ripiantato nel materiale di tranciatura e gli sfridi vengano rifollati nel pezzo. 5. Lo stampo apre e il pezzo da una parte e gli sfridi con la striscia tranciata dall altra sono ora pronti per venire estratti. 6. Il pezzo viene estratto dalla matrice mentre la striscia e gli sfridi vengono estratti dal punzone. Pezzo e sfridi vengono evacuati dallo stampo per mezzo di un getto d aria o di un estrattore meccanico. Il materiale è pronto per essere fatto avanzare di un passo. Un nuovo ciclo sta per avere inizio La punzonatura Di questa lavorazione della lamiera molto è già stato detto in precedenza parlando della tranciatura. Il processo di lavorazione è il medesimo e la macchina utilizzata per questo tipo di lavorazione si chiama punzonatrice. Facendo quindi più chiarezza bisogna specificare che il macchinario che svolge le lavorazioni di tranciatura e punzonatura è lo stesso ed è appunto detto punzonatrice (Figura 21) Figura 21: macchina punzonatrice PAG. 23/47

24 Solo a seconda di come viene eseguita la lavorazione di taglio si potrà poi parlare di tranciatura, punzonatura oppure scantonatura a seconda dei casi. Queste analoghe lavorazioni portano in ogni caso alla realizzazione, in un unica corsa del punzone, della geometria finita sia che questa appartenga alla lamiera o al tranciato. Si possono eseguire più lavorazioni, come già visto ad esempio con gli stampi progressivi, ma il concetto di base è che si realizza con un solo colpo del punzone il taglio voluto. Infine ricordiamo che anche l operazione di taglio di cesoiatura, differente come realizzazione del taglio rispetto alle precedenti, viene spesso effettuata con la punzonatrice dotata in più del sistema di taglio della cesoiatura. Questa caratteristica di ormai quasi tutte le macchine punzonatrici è dettata dall esigenza di dover frazionare la lamiera, che viene acquistata in rotoli (Coil), prima di eseguire processi di taglio specifici La roditura Questa lavorazione della lamiera è sempre un processo di taglio che però non prevede più la realizzazione di quest ultimo andando a tranciare tutto il materiale in esubero, bensì viene esercitato il taglio minimo necessario al distacco del materiale, ovvero si va a tagliare il profilo quindi il perimetro della geometria da asportare. La zona di materiale soggetta alla lavorazione sarà quindi una parte molto ridotta rispetto alle operazioni di taglio come tranciatuta/punzonatura in cui l asportazione di un disco di materiale interessava tutta la superficie del tranciato. Questa lavorazione può essere svolta con diverse metodologie. Di seguito verranno analizzate la roditura meccanica, la roditura con laser (taglio al laser) e la roditura con getto d acqua (water jet). La roditura meccanica è un processo di taglio della lamiera che si realizza separando gradualmente una parte del materiale lungo un perimetro di taglio di qualsiasi forma, mediante una serie di singole punzonature successive parzialmente ricoprenti: infatti, la distanza fra una punzonatura e l altra è inferiore alla dimensione del punzone impiegato (Figura 22). PAG. 24/47

25 Figura 22: roditura meccanica Nel processo il pezzo si muove gradualmente nella direzione di avanzamento desiderata e il movimento è intermittente; una speciale funzione di avanzamento permette di arrestare il pezzo sempre prima della penetrazione del punzone. Il passo di avanzamento fra due colpi successivi di roditura è determinato da tipo e dimensioni del punzone e dalla rugosità richiesta sulla superficie generata di roditura. Questo processo, come detto, permette la creazione di profili interni o esterni di qualunque forma o dimensione senza dover disporre di un punzone di forma corrispondente, anche se il tempo richiesto risulta maggiore. Un vantaggio della roditura è quello di generare praticamente qualunque profilo con uno stesso utensile, quindi grande flessibilità. Questo processo di lavorazione viene svolto esattamente come una punzonatura o tranciatura, l unica differenza riguarda il tipo di punzone impiegato. In linea di principio tutti i punzoni potrebbero essere utilizzati anche per la roditura ma nella pratica, in caso di impiego sistematico, conviene utilizzare opportuni e specifici utensili con diametro e lunghezza dello spigolo di punzonatura compresi fra 4 e 30 mm. Questo tipo di lavorazione viene svolta sempre attraverso una punzonatrice dopo aver eventualmente cambiato il punzone. Le dimensioni minime dei punzoni non vengono solitamente calcolate, bensì determinate con il criterio empirico che indica la dimensione minima del punzone uguale allo spessore della lamiera. La roditura con fascio laser è l operazione di lavorazione della lamiera atta ad eseguire il taglio di quest ultima attraverso un fascio laser, con la possibilità di creare geometrie di taglio molto complesse. Il laser fonde localmente il materiale fino a generarne il distacco. PAG. 25/47

26 2.3.5 Il taglio laser Sin dalla sua messa a punto, avvenuta alla fine degli anni 50, ad oggi il laser ha subito uno sviluppo straordinario e contemporaneamente una diffusione capillare in settori applicativi anche molto differenti tra loro (misure, elettronica, telecomunicazioni, tecnologico meccanico e così via). In particolare, in ambito tecnologico meccanico il fascio laser viene utilizzato come vettore di energia per effettuare lavorazioni termiche (taglio e saldatura) in maniera efficiente e precisa. Oggi le lavorazioni industriali mediante laser hanno raggiunto una maturità tecnologica da poter essere considerate tra le principali lavorazioni di riferimento nel panorama delle lavorazioni non convenzionali. Il meccanismo alla base del taglio laser ha in un fascio proveniente dalla sorgente il suo punto fondamentale. Esso viene focalizzato tramite una lente sulla superficie della lamiera da tagliare, la quale si riscalda e giunge rapidamente a fusione. Contemporaneamente, il flusso di gas (coassiale al fascio) uscente da un ugello posto a valle della lente di focalizzazione produce una spinta fluidodinamica sufficientemente intensa da allontanare il fuso, generando di fatto il solco di taglio. Lamiera e fascio vengono movimentati in maniera tale da far progredire la lavorazione lungo il percorso desiderato. Il taglio laser è quindi dato dall azione combinata del fascio laser (azione termica) e del flusso di gas (azione fluidodinamica): la sola azione termica non sarebbe sufficiente a tagliare il materiale in maniera efficiente e precisa. Il solco generato è generalmente ampio 0.1 mm per lamiere di basso spessore (indicativamente fino a 2 mm) e cresce con lo spessore fino a circa 0.5 mm nel caso di spessori elevati (15/20 mm). Il lembo laterale ha una precisione dimensionale che, su spessori contenuti, raggiunge facilmente ±0.1 mm per diventare ±0.3 mm circa per spessori elevati. Il meccanismo di taglio descritto precedentemente cambia a seconda che si utilizzi come gas di processo un gas inerte o un gas reattivo (ossigeno), in grado cioè di reagire con un metallo ad alta temperatura. L utilizzo del fascio laser quale tecnologia di taglio offre interessanti opportunità sia al progettista (nella fase di progettazione del prodotto) sia al tecnologo del processo (nella fase di progettazione del ciclo di produzione). È quindi particolarmente importante che queste figure lavorino a stretto contatto per poter cogliere a pieno tutti i vantaggi derivanti dall adozione di una lavorazione laser. PAG. 26/47

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