Gli acciai inox sono leghe ferro-carbonio più altri alliganti che ne garantiscono un’ elevata resistenza alla corrosione. L’aggiunta di cromo in percentuali superiori al 10% fa sì che sulla superficie si formi un film protettivo invisibile di ossido di cromo, che protegge il materiale da agenti corrosivi. Esistono centinaia di leghe diverse, alcune per resistenza estrema alla corrosione, altre per far fronte a temperature elevate. Molto spesso vengono aggiunti alla lega altri elementi, come il nichel, per conferire al materiale determinate caratteristiche.

Tipi di acciai inossidabili

• Acciaio austenitico: questa lega è solitamente utilizzata per imbutitura profonda. Ha un basso contenuto di carbonio, il che la rende adatta per la produzione di prodotti per cucina ed altri particolari soggetti a deformazioni importanti. Questo grado di materiale non può essere indurito tramite trattamento termico, ma solo tramite deformazione a freddo. Queste leghe hanno il più alto grado di deformabilità di tutti gli acciai inossidabili. I tipi più conosciuti ed utilizzati sono l’AISI 304 e 304L, AISI 316 e 316L. La lettera “L” sta per ridotto contenuto di carbonio. Dato che queste leghe sono caratterizzate dalla presenza di fase austenitica, esse sono non magnetiche.
• Acciaio ferritico: questo tipo di acciaio inox è diffuso nell’industria automobilistica, in quanto in grado di far fronte a corrosione e temperature elevate. In base alla presenza di altri elementi alliganti, il grado ferritico può possedere discrete caratteristiche di formabilità. Diversamente dagli acciai austenitici, questo grado non contiene nichel e sono magnetici. Tipiche applicazioni sono scarichi di autovetture o parti per lavatrici ed asciugatrici. Una delle leghe più utilizzate è l’AISI 430.
• Acciaio martensitico: gli acciai inox martensitici sono simili ai ferritici, ma contengono più carbonio. Questa caratteristica consente di eseguire trattamenti termici ed aumentarne la durezza. Ecco perchè questo tipo di acciaio viene utilizzato per la produzione di strumenti da taglio e chirurgici. Questa lega non è adatta per operazioni di imbutitura, essendo molto duro ma anche fragile e difficile da deformare. Un comune acciaio inox martensitico è l’AISI 420.

Come progettare uno stampo per acciaio inox

1. Prevedere elevati sforzi di taglio e piegatura

Gli acciai inossidabili hanno solitamente un maggior carico di snervamento e di rottura rispetto rispetto agli acciai dolci. Sarà pertanto necessaria una pressa con un tonnellaggio adeguato.
Come regola generale, derivata dall’esperienza, si può considerare che le forze in gioco siano il doppio rispetto al caso di acciai a basso tenore di carbonio. Anche il premilastra, pertanto, dovrà esercitare una forza adeguata.

2. Aspettarsi un elevato ritorno elastico

Il ritorno elastico è la tendenza di un materiale a tornare alla sua forma originale dopo essere stato deformato. Dato che gli acciai inox sono più resistenti e si incrudiscono maggiormente, gli angoli di piega e le deformazioni devono essere maggiorate in modo da ottenere la forma desiderata. L’ammontare di questo “overbending” va valutato in base al tipo di acciaio, allo spessore e alla geometria. Ecco perché spesso si deve far ricorso a camme anche solo per ottenere pieghe a 90°.

3. Evitare deformazioni troppo severe

Durante la piega o l’imbutitura, gli acciai inossidabili sono soggetti ad indurimento. Ciò li rende molto suscettibili alla formazione di cricche superficiali e rotture. In alcuni casi sono necessari passaggi di ricottura tra una lavorazione e l’altra.

4. Scegliere la giusta velocità

Come regola generale, una deformazione più lenta garantisce una maggiore qualità dei particolari. Per tranciatura e piegatura è possibile utilizzare presse meccaniche con velocità moderate, mentre per imbutiture profonde sono preferibili presse idrauliche dato che solitamente non va superata la velocità di 300mm/min.

5. Scegliere il giusto materiale per gli utensili

L’acciaio inossidabile è molto abrasivo a causa della sua composizione chimica. Spesso è utile rivestire gli utensili per aumentare la resistenza all’abrasione e all’usura adesiva.
E’ importante scegliere un acciaio che abbia ottima tenacità e resistenza all’usura. Occorre far attenzione ad acciai per utensili con elevato contenuto in cromo, dato che esso può interferire con il cromo presente nella lamiera causando saldature a freddo. Questo problema può comunque essere risolto con rivestimenti PVD o CVD.
Un ottimo materiale per realizzare camme o superfici di piega è il bronzo all’alluminio, essendo completamente diverso da un punto di vista chimico.

6. Utilizzare un gioco tra punzone e matrice più elevato

Nella maggior parte dei casi, la luce tra matrice e punzone va dal 12% al 15% dello spessore del materiale. Per acciai molto duri si può arrivare fino al 20%. In generale, maggiore è la durezza del materiale, maggiore è il gioco.

7. Scegliere il lubrificante adeguato

Solitamente le superfici in acciaio inox sono molto lisce, il che richiede in alcuni casi l’aggiunta di agenti bagnanti al lubrificante. Per imbutiture profonde si utilizzano solitamente oli contenenti cloro o zolfo. Questi additivi sono attivati dal calore e riducono l’attrito quando aumenta la temperatura.

Lo stampaggio lamiera Gima S.p.A.

L’acciaio inox non è necessariamente più duro di un acciaio al carbonio, ma si comporta diversamente. Va prestata attenzione al tipo di materiale e alle sue caratteristiche chimiche e meccaniche. La comprensione di questi aspetti è la chiave per una buona riuscita del processo.

La Gima S.p.A. di Recanati è specializzata nella progettazione e costruzione di stampi progressivi per la lavorazione di lamiera in acciaio dolce e in acciaio inox. Nello stabilimento dedicato allo stampaggio, un parco macchine di 28 presse è asservito da un’officina specializzata con centri di lavoro ed elettroerosioni per la costruzione e manutenzione degli stampi.

Lo stampaggio di particolari in acciaio inox richiede, oltre agli aspetti sopra citati, la necessità di valutare caso per caso quali sono gli accorgimenti ideali per ottenere particolari di qualità e garantire un’elevata prestazione degli stampi nel tempo.

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L’imbutitura della lamiera viene eseguita mediante stampo progressivo o stampo transfer e consente di realizzare numerosi oggetti dalla cavità profonda, tra cui: componenti di carrozzeria per automobili, particolari per il settore degli elettrodomestici, dell’arredamento, dell’elettronica, contenitori vari come lattine, pentole e molto altro. In generale, questo particolare tipo di lavorazione permette di eseguire articoli plasmati in un unico pezzo, senza giunture.

Rispetto ad altre lavorazioni meccaniche, l’imbutitura può essere molto più vantaggiosa, perché permette di ottenere particolari in materiale ferroso o non ferroso dalla forma allungata, privi di grinze e altamente deformati, che mantengono una buona qualità superficiale.

Imbutitura VS fusione

L’imbutitura è una lavorazione che viene effettuata a freddo, mentre la fusione è una lavorazioni a caldo. Con la fusione, il materiale viene portato allo stato liquido attraverso il riscaldamento e in seguito colato in appositi stampi, nei quali si solidifica assumendo la geometria desiderata. I getti sono i pezzi ottenuti tramite questa lavorazione.

La tecnica della fusione non è adatta a tutti i tipi di materiali, occorre sempre verificare la fusibilità e la colabilità della lega che si vuole fondere. In generale, viene utilizzata per produrre oggetti ed elementi per la rubinetteria, maniglie, caffettiere, carburatori, valvolame, ecc.

Progettare un particolare che sia fattibile tramite imbutitura, consente solitamente di ridurre il costo unitario, migliorare la produttività e la qualità e, in generale, ridurre i costi di produzione. Non a caso, molti particolari che in passato venivano prodotti per fusione, sono stati convertiti alla produzione tramite imbutitura.

Flusso e controllo del materiale

Le parole chiave dell’imbutitura sono flusso e controllo del materiale.

Con flusso si intende come il materiale deve essere deformato in modo da poter essere ristrutturato nella forma desiderata. Si pensi a un grande foglio di materiale gommoso che viene disposto su una forma voluta tramite l’applicazione di una pressione, questa immagine rende l’idea di come matrici e punzoni agiscono nella deformazione della lamiera.

Il controllo di questo flusso, ovvero dove il materiale deve andare e dove no, è l’altro aspetto fondamentale e viene garantito dall’utilizzo del premilamiera.

Imbutitura profonda: di cosa si tratta?

Quando il pezzo da ottenere ha una profondità maggiore della sua larghezza, il procedimento prende il nome di imbutitura profonda. La buona riuscita dipende da molti fattori, tra i quali:

• geometria del particolare;
• tipo di materiale, spessore e caratteristiche meccaniche: più l’imbutitura è profonda, più la materia prima deve essere di qualità e permettere grandi deformazioni prima di arrivare a rottura;
• velocità della pressa: deve permettere il flusso del materiale;
• raggio di imbutitura;
• rapporto di imbutitura: è uno dei fattori fondamentali da considerare e determina il numero dei passi necessari nello stampo;
• finitura superficiale di punzoni e matrici;
• lubrificante: insieme alla finitura superficiale, riduce il coefficiente di attrito permettendo al materiale di scivolare meglio;
• pressione del premilamiera;
• gioco tra punzone e matrice.

Tutti questi fattori, abbinati a una grande esperienza nel settore, contribuiscono alla buona riuscita di uno stampo per imbutitura.

Stampi per imbutitura: garanzia di qualità

L’imbutitura è un processo tecnologico che, come abbiamo visto, trova la sua massima espressione nei settori industriali che necessitano di componenti con elevato volume di produzione, di alta qualità superficiale e dalle forme tridimensionali, spesso anche molto complesse. Una volta realizzate, queste forme possono ovviamente subire ulteriori operazioni di piegatura e tranciatura per ottenere il pezzo finito.

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