Molte attività di riparazione sono dovute ad alcune mancanze, come una progettazione stampo non adeguata o procedure di attrezzaggio e manutenzione non corrette. Ciò comporta ovviamente un aumento dei fermi macchina ed un maggior tempo impiegato dal personale nella riparazione, piuttosto che nella prevenzione.

Qual è dunque il miglior modo di operare in un’ officina stampi? Le operazioni quotidiane dovrebbero consistere nella affilatura degli utensili a causa della normale usura, sostituzione delle molle prima del fine ciclo vita previsto, pulizia, controllo ispettivo e lubrificazione periodici degli stampi.

Molto spesso però, le richieste del mercato ad una produzione just in time sempre più flessibile possono far perdere di vista questo aspetto fondamentale per l’efficienza di un’officina di costruzione stampi. Ecco perché un vero programma di manutenzione preventiva è fondamentale per garantire un funzionamento ottimale degli stampi.

Affilatura di punzoni e matrici

Le superifici di taglio sono soggette ad usura nel tempo, il che si riflette in possibili bave sul pezzo, problemi di avanzamento del nastro e aumenti degli sforzi di taglio, solo per citarne alcuni. Per questo motivo, punzoni e matrici devono essere affilati periodicamente. Durante la fase di affilatura è fondamentale:

• Scegliere una mola adeguata: la mola da rettifica deve essere scelta in base al materiale dell’utensile da affilare. C’è una grande differenza ad esempio tra un acciaio per utensili come il 1.2379 e un metallo duro sinterizzato.
  Durante la fase di affilatura va tenuta sotto controllo la temperatura, utilizzando un opportuno fluido refrigerante. La mola è costituita da milioni di singoli punti di taglio, i granuli. Quando questi granuli perdono la capacità di asportare materiale, essi devono staccarsi dalla mola. Se ciò non accade si verifica un aumento di temperatura con conseguente bruciatura della superficie.
  
• Rettificare con il corretto angolo di taglio: i punzoni possono essere affilati con un certo angolo di taglio per favorire la penetrazione nel materiale e ridurre lo sforzo. E’ consigliabile mantenere un profilo simmetrico per evitare sforzi tangenziali.
  

Applicazione degli spessori

Matrici, inserti o punzoni a volte devono essere spessorati per mantenere la corretta altezza relativa. Per fare ciò, si usano degli appositi fogli di diversi spessori. In questa fase è importante:

• Evitare di utilizzare spessori multipli. E’ preferibile utilizzare un singolo foglio più spesso. Ciò evita l’effetto “molla” e possibili movimenti indesiderati.
• Assicurarsi che gli spessori non interferiscano con viti o fori di scarico dello sfrido.
• Rimuovere le bave dai bordi degli spessori.
• Assicurarsi che tutti gli spessori siano puliti e privi di corpi estranei, anche durante l’assemblaggio e la chiusura dello stampo.

Pulizia ed ispezione

Gli stampi di tranciatura devono essere puliti ed ispezionati regolarmente. Si consiglia di:

• Controllare che le viti siano tirate.
• Controllare che le viti e le spine siano integre.
• Ispezionare le molle.
• Se ci sono molle rotte, cercare la causa della rottura.
• Sostituire le molle se sono vicine al ciclo di vita stimato.
• Ispezionare superfici guida e le camme.
• Controllare lo stato di bussole e colonne guida.
• Pulire lo stampo da sfridi, scheggie e residui di lubrificante.
• Asciuguare lo stampo per evitare corrosione.
• Lubrificare le guide punzoni, le colonne guida e ovunque necessario.

Questa è solo una lista base delle procedure da eseguire. Ogni stampo potrebbe avere esigenze particolari o richiedere una maggiore attenzione su determinati componenti. E’ fondamentale quindi designare un vero e proprio piano di manutenzione preventiva, che consenta di ridurre le riparazioni straordinarie e di conseguenza i fermi macchina.

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A volte alcune caratteristiche richieste possono essere soddisfatte mediante soluzioni innovative, in altri casi potrebbe essere virtualmente impossibile ottenere certe dimensioni o tolleranze. Ecco perché, durante il disegno di un particolare, è importante instaurare un confronto tra il progettista e lo stampista. Questo feedback continuo tra le due parti consente di ridurre notevolmente i costi.

Le cinque regole fondamentali per disegnare un particolare

Ecco quali sono le regole fondamentali da considerare quando si vuole disegnare un particolare in lamiera da realizzare tramite stampaggio a freddo:

1. Richiedere una superficie planare in prossimità del bordo tranciato non è possibile. Ci sarà sempre una deformazione in prossimità del taglio, perché è parte del processo. Nel migliore dei casi sarà possibile ottenere un assottigliamento nell’ordine del 10% rispetto allo spessore del materiale.
2. Riportare la dicitura “bordi lisci” comporta importanti conseguenze. In primo luogo potrebbe indicare la richiesta di un processo di tranciatura fine, che è decisamente più costoso rispetto alla tranciatura tradizionale. In altri casi, il progettista dello stampo potrà minimizzare lo schianto tramite riduzione del gioco tra punzone e matrice, ma ciò comporta maggiori costi di manutenzione. Infine, per ottenere quanto richiesto, potrebbe essere necessario un ulteriore processo di lavorazione con macchine utensili.
3. Annotare “nessuna bava” significa richiedere un’ulteriore operazione di burattatura che aumenterà il costo del pezzo. Solitamente la bava è il 10% dello spessore del materiale. Allo stesso modo, richiedere una bava massima, ad esempio, di 0,1mm su uno spessore di 3mm comporta un aumento dei costi di manutenzione.
4. Sulla maggior parte dei componenti piegati vengono richiesti particolari raggi di piega. L’operazione di piegatura deve far fronte alle leggi fisiche del materiale. In base alla sua durezza e allo spessore, potrebbe non essere possibile ottenere raggi molto piccoli. Inoltre, il processo di piegatura non consente il controllo del raggio esterno. Il materiale si deforma naturalmente. Il costruttore di stampi può solamente controllare il raggio interno, ed è questo che deve essere quotato a disegno.
5. Assicurarsi sempre che gli angoli tranciati abbiano un raggio di raccordo maggiore o uguale allo spessore del materiale. Riportare “spigolo vivo” può comportare problemi. Lo stesso principio si applica ai fori: il diametro minimo dovrebbe essere almeno 1,5 volte lo spessore del materiale. Non rispettare questo suggerimento può far aumentare i costi di manutenzione fino a 4-5 volte.

Creare una condizione win-win tra progettista e stampista

Tutti i progettisti possono aumentare la loro competitività collaborando con i loro fornitori di stampi. Un accurato disegno, mirato ad una produzione efficiente e che consenta la costruzione di uno stampo di tranciatura affidabile, risulterà in particolari stampati di alta qualità al miglior costo possibile, il che è nell’interesse di tutti.

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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’evoluzione della formatura a freddo ha portato allo sviluppo di nuovi materiali, nuove tecnologie di stampaggio lamiera e nuovi processi produttivi. Uno dei settori che maggiormente si è evoluto in questo senso è quello automotive. Il modo di fabbricare ed i materiali dei componenti per veicoli è ad oggi molto diverso rispetto a qualche decennio fa. I materiali sono più leggeri e con migliori proprietà di resistenza meccanica e alla corrosione. Per questo motivo, anche la produzione di tali componenti si è evoluta, e ad oggi la scienza affianca l’esperienza degli artigiani specializzati nella costruzione stampi .

Le variabili principali

Mentre nuovi materiali contribuiscono al miglioramento qualitativo dei veicoli, così come di altri prodotti, dal settore degli elettrodomestici a quello medicale, essi costituiscono anche nuove sfide per il settore produttivo. Ad oggi ci sono dozzine di variabili che contribuiscono alla buona riuscita riuscita di un prodotto e alla costruzione di uno stampo efficiente. L’esperienza delle figure specializzate nella costruzione stampi e nella tranciatura rimane ad oggi un fattore determinante per la buona riuscita di un processo produttivo, tuttavia è sempre bene tenere in considerazione i seguenti fattori per la buona riuscita dell’intero processo produttivo, a partire dal disegno del particolare:

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Tra tutte le tolleranze geometriche nei particolari tranciati, la planarità è una delle più difficili da mantenere durante le operazioni di stampaggio lamiera. Quando la tolleranza di planarità è molto stretta, realizzare un particolare tramite stampo di tranciatura può rappresentare una vera e propria sfida, con lo stesso grado di complessità di una imbutitura profonda con forme complesse e acciaio ad alta resistenza.

Ottenere una buona planarità dipende da diversi fattori:

• La severità delle operazioni di taglio e deformazione
• Le caratteristiche di resistenza meccanica della materia prima
• La planarità della materia prima di partenza ovvero del coil di lamiera
• Lo spessore del materiale da lavorare
• Le tensioni interne residue provenienti dalle lavorazioni precedenti

Quando si parla di particolari che richiedono alti livelli di planarità, le prime soluzioni che si tendono a considerare sono:

• Stampi a blocco con estrazione meccanica
• Tranciatura con contro-pressione applicata
• Operazioni speciali come tranciatura fine o altri metodi proprietari

Spesso però, adottare una di queste soluzioni può comportare costi elevati e, in base alla geometria del particolare e alle operazioni richieste, potrebbe non essere fattibile. Molto spesso è quindi necessario garantire una buona planarità su pezzi ottenuti tramite stampi progressivi utilizzando metodi di tranciatura convenzionali.

Come viene persa la planarità del materiale?

Per capire quali sono le soluzioni da adottare, bisogna prima identificare quali sono le cause che compromettono la planarità:

• Operazioni di tranciatura: il taglio perimetrale o la semplice realizzazione di fori tramite punzoni possono comportare uno stress elevato. Prima che il materiale si stacchi infatti, la lamiera subisce una deformazione plastica, come spiegato più nel dettaglio nell’ articolo relativo ai punzoni di tranciatura.
  Il gioco, anche detto luce, tra punzone e matrice, influenza lo stress subito dal materiale. Tagli importanti possono portare a grandi zone con tensioni interne elevate. Il risultato è un ritorno elastico non uniforme, il che comporta una perdita di planarità.

• Operazioni di piegatura: piegare la lamiera in modo permanente introduce stress nel particolare. Eseguire una piega infatti, significa applicare uno sforzo di compressione alla sezione di materiale in prossimità del raggio interno, e viceversa, uno sforzo di trazione in prossimità del raggio esterno. Questa tensione interna al materiale causa un inarcamento dello stesso, se non è compensato da una geometria che garantisce un sufficiente modulo di resistenza, come ad esempio una flangia sufficientemente lunga.

Quali sono i metodi per migliorare la planarità?

Un metodo che potrebbe venire in mente è quello di realizzare preventivamente una curvatura nella direzione opposta. Questa soluzione in realtà non è consigliabile in quanto il procedimento per determinare in che modo bisogna deformarla è estremamente dispendioso e fortemente sensibile alle piccole variazioni delle caratteristiche meccaniche e quindi del ritorno elastico della materia prima.

Pertanto, esclusa questa possibilità, rimangono altre alternative:

• Come anticipato, la planarità sia nella direzione longitudinale che trasversale della materia prima può essere determinante. In alcuni casi, per tolleranze non eccessivamente ristrette e per materiali poco elastici, come ottone o alluminio, può essere sufficiente una efficace raddrizzatura della lamiera in ingresso nello stampo. Inoltre è possibile orientare il coil in modo che la curvatura trasversale sia orientata in direzione opposta (lato convesso) rispetto alla direzione di taglio dei punzoni.

• Coniare la lamiera: una coniatura piana, comprimendo il pezzo con una forza elevata, può essere una soluzione, ma solo per particolari di spessore elevato e con superfici ridotte. Questa operazione comporta infatti degli sforzi enormi per la pressa, spesso sono necessarie presse a ginocchiera specifiche per coniatura, con tempi ciclo elevati. E’ necessario infatti ottenere una deformazione plastica comprimendo il materiale, per la quale è necessario un tonnellaggio elevato. Materiali con spessori sottili o ad alta resistenza non possono subire questo trattamento.

Queste due soluzioni sono dunque efficaci solo in condizioni particolari.
Dato che la perdita di planarità, come visto in precedenza, è data dalle tensioni interne al materiale, la soluzione è quella di “interrompere” queste zone di tensione nei punti critici o in aree equamente distribuite, ponendo in compressione le zone di trazione e viceversa.

Punzone per incisione

Questo metodo pertanto risulta efficace qualora si è disposti ad accettare delle incisioni sulla superficie del pezzo. E’ possibile agire in due modi:

• Realizzare una incisione in prossimità del raggio esterno di una piega
  Coniare un piccolo dente in prossimità del raggio di piega può interrompere o invertire lo stato tensionale del materiale che viene generato dalla deformazione. La profondità del dente va determinata in modo sperimentale.

• Realizzare delle incisioni con un pattern uniformeUna volta che il pezzo è stato tranciato o piegato, è possibile ripristinare la planarità incidendo tramite una coniatura un motivo uniforme, ad esempio a croce, sulla superficie del pezzo. Questa incisione interrompe le tensioni interne e la “memoria” del particolare, facendolo rimanere piano. La profondità ed il passo dell’incisione dipendono dalle caratteristiche meccaniche del materiale e dallo stress generato in precedenza.

L’importanza del processo produttivo

Quando le tolleranze di forma diventano critiche ai fini della funzionalità del particolare, è necessaria una grande attenzione all’intero processo produttivo e alla progettazione e costruzione dello stampo.

La Gima S.p.A., grazie alla grande esperienza sia nello stampaggio conto terzi, con un reparto di 29 presse, che nella costruzione stampi, con un’officina specializzata, può garantire un processo affidabile e particolari in lamiera di alta qualità, rispondenti alle caratteristiche dimensionali e geometriche richieste.

Lamiera con coniatura a pattern

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Esistono tre tipi di alimentatori:

• Pneumatico
• Meccanico
• Elettronico

Avanzamento pneumatico

L’avanzamento pneumatico è il tipo più diffuso, grazie al suo costo relativamente basso ed alla sua versatilità che ne consente l’utilizzo con materia prima di diversi spessori. Esso è costituito da due pinze, una fissa ed una mobile. La pinza fissa ha il compito di bloccare il nastro durante la lavorazione. In fase di apertura della pressa, la pinza mobile fa avanzare la lamiera per una lunghezza che corrisponde al passo dello stampo. La regolazione del passo viene solitamente effettuata tramite una ghiera filettata.

Sia la chiusura delle pinze che l’avanzamento sono affidati a pistoni pneumatici, che possono essere azionati da valvole a comando pneumatico o elettrico. Nel primo caso, la sincronizzazione tra la pressa e l’avanzamento è solitamente effettuata tramite camme meccaniche poste sull’albero della pressa. Nel secondo caso invece, la sincronizzazione può essere effettuate tramite PLC ed encoder, il che consente un controllo più preciso.

Gli avanzamenti pneumatici non sono estremamente precisi, il peso e la tensione del nastro possono causare delle leggere variazioni nel passo. Questo problema può essere in parte compensato aprendo la pinza fissa in fase di chiusura dello stampo, così da permettere ai punzoni pilota di centrare la bandella.

In lavorazioni dove la velocità di stampaggio è alta e dove la sincronizzazione tra l’alimentazione e le altre fasi è critica, l’avanzamento pneumatico può rappresentare un limite in quanto l’azionamento ad aria introduce sempre un piccolo ritardo.

Avanzamento meccanico

Gli avanzamenti di tipo meccanico sono solitamente utilizzati per produzioni ad alto volume, dove la velocità è un fattore critico. La movimentazione del nastro avviene tramite rulli, il cui moto deriva dall’albero della pressa tramite dei cinematismi.

Vengono solitamente forniti dal produttore insieme alla pressa e consentono di raggiungere velocità di stampaggio e precisione di passo molto elevate.

Avanzamento elettronico

Gli alimentatori elettronici possono essere molto costosi, ma sono decisamente i più versatili e consentono di lavorare con una grande varietà di spessori e larghezze nastro.

Essi possono memorizzare un numero elevato di programmi i quali vengono poi richiamati in fase di setup, riducendo notevolmente i tempi di attrezzaggio.

Gli avanzamenti elettronici sono relativamente veloci, ma non quanto quelli di tipo meccanico. Ovviamente maggiore è il passo stampo, più tempo sarà necessario per completare la fase di avanzamento.

Uno dei grandi vantaggi è la possibilità di sincronizzare alla perfezione l’avanzamento con la posizione della pressa, il che permette di ottimizzare i tempi ciclo, specialmente su stampi che includono meccanismi automatizzati per operazioni ausiliarie.

Un altro vantaggio è la possibilità di regolare finemente il passo e quindi la progressione bandella in run-time, senza fermare la produzione.

Esistono inoltre degli avanzamenti elettronici a zig-zag, ovvero con movimentazione su due assi, che consentono di ottimizzare l’utilizzo del materiale, riducendo lo sfrido fino al 13%. Questo tipo di alimentazione è spesso utilizzata per imbutiture progressive in stampi transfer dove l’operazione iniziale è la tranciatura di un disco in lamiera.

In ultima analisi, uno dei grandi benefici è la sua sensibilità alla forza richiesta per far avanzare il nastro. Se si verifica un problema o una rottura nello stampo, l’alimentatore è in grado di rilevare l’anomalia e torna al passo precedente. In questo modo, anche se l’inerzia della pressa non consente lo stop immediato, possono essere evitate rotture critiche dello stampo e degli utensili. Questo può risultare un grande vantaggio sia per quanto riguarda i costi diretti di riparazione che nei tempi di fermo macchina.

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Figura 1: interno di uno stampo progressivo

L’avanzamento della lamiera è solitamente effettuato tramite dispositivi pneumatici, meccanici o elettronici. Ad ogni colpo della pressa, l’alimentatore fa avanzare il nastro per una lunghezza che corrisponde al passo dello stampo. Un errore di alimentazione fa sì che punzoni e matrici agiscano su una porzione di lamiera diversa da quella per i quali sono stati progettati, sollecitando in maniera imprevista gli utensili.

D’altro canto, un errore di alimentazione può essere sia causa che conseguenza di una rottura, pertanto è indice che si è verificata una condizione critica e che è quindi necessario fermare immediatamente la pressa.

In questo articolo vedremo quali sono le tecniche utilizzate per ridurre al minimo il rischio di rottura dovuto ad errori di avanzamento nastro.

I tre metodi principali per rilevare gli errori di alimentazione

1. Pilota salva stampo
   I punzoni pilota nello stampo hanno la funzione di posizionare con precisione la lamiera durante la fase di chiusura dello stampo, agendo su dei fori eseguiti solitamente nei primi passaggi. In base al diametro dei punzoni pilota, essi sono in grado di far fronte a piccoli scostamenti della lamiera, solitamente nell’ordine di qualche decimo di millimetro (in funzione anche del tipo di alimentatore utilizzato). Quando lo scostamento è superiore, il pilota non riesce a posizionare la lamiera.
   È tuttavia possibile dedicare ad un pilota la funzione di “salva stampo”, installandolo con una molla di rientro anziché come punzone pilota rigido. Quando lo stampo si chiude, se il pilota salva stampo trova la lamiera piena anziché un foro, esso rientra agendo su un interruttore (normalmente chiuso) che ferma la pressa.

2. Tonnellaggio della pressa
   La maggior parte delle presse moderne hanno la possibilità di impostare un limite di sicurezza al tonnellaggio, oltre il quale la pressa si ferma. Pertanto, se durante l’operazione di stampaggio la forza richiesta supera quella prevista, la macchina andrà in allarme.

3. Sensore micron
   È possibile installare un sensore che misura con precisione l’altezza alla quale lo stampo si chiude. Se un errore di alimentazione causa l’ingobbamento della lamiera nello stampo, lo stampo si chiude prima ed il sensore interviene aprendo un contatto.

4. Interruttore a leva/flessibile
   È possibile installare, all’ingresso dello stampo, un sensore in grado di rilevare se la lamiera si ingobba a causa dell’impossibilità di avanzare. Questo metodo è adatto per passi stampo elevati e spessori lamiera bassi, ovvero nei casi in cui un impedimento all’avanzamento fa sì che il nastro si incurvi. Questa soluzione, similmente alla precedente, non è in grado di rilevare avanzamenti scarsi dovuti esclusivamente a problemi dell’alimentatore, come può essere lo scorrimento del nastro tra le ganasce.

Il sistema più adatto va scelto in base al tipo di stampo e all’esperienza del costruttore. Va però detto che il limite di tutti questi metodi risiede nell’inerzia della pressa: fermare la mazza non è un’operazione istantanea, viste le masse in gioco, pertanto, una volta rilevato l’errore di avanzamento, potrebbe essere già troppo tardi.

Il metodo del pilota salva stampo può risultare efficace per velocità di stampaggio basse e su presse con una bassa inerzia, oltre ad essere di facile implementazione.

La misura del tonnellaggio della pressa, invece, avviene a stampo completamente chiuso, pertanto non permette di evitare il primo colpo critico, ma solo i successivi. Può essere comunque utile nel caso in cui bisogna valutare condizioni che causano un progressivo aumento degli sforzi di stampaggio.
Anche il micron di posizione, in modo simile al pilota salva stampo, non può garantire lo stop in tempo utile della macchina.

Qual è dunque la soluzione definitiva?

Per operazioni veloci e complesse, occorre essere in grado di controllare che l’avanzamento sia stato effettuato correttamente quando la pressa è ancora in fase di ascesa, o comunque, ancora in prossimità del punto morto superiore, in modo da poterla fermare in tempo.

Per fare ciò, è necessario conoscere la posizione della pressa, la durata della fase di alimentazione e la posizione esatta della lamiera. Per le prime due si fa solitamente ricorso a PLC più encoder in modo da sincronizzare con precisione l’avanzamento nastro ed il controllo salva stampo con la posizione della mazza.

La parte più critica è conoscere la posizione della lamiera all’interno dello stampo. Per fare ciò, si può ricorrere a degli interruttori di fine corsa che agiscono direttamente, o tramite leverismi, su degli intagli ricavati sulla bandella. In alcuni casi è possibile progettare lo stampo in modo che, le geometrie generate dai tagli progressivi, possano essere sfruttate in tal senso. Quando ciò non è possibile, va previsto un punzone che realizzi un intaglio dedicato, sul quale va posizionato il sensore al passo successivo.

Figura 2: intaglio dedicato alla funzione di salvastampo

Come visibile nell’immagine, a volte ciò comporta l’utilizzo di una materia prima di maggior larghezza, occorre pertanto sempre valutare il rapporto costi/benefici, tenendo a mente che, in molti casi, il maggior costo del materiale è compensato dalla minor manutenzione e dai minori fermi macchina dovuti a rotture dello stampo.

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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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Materiale del pezzo e progettazione stampi: un legame indissolubile

Uno degli errori più comuni che viene commesso quando si procede alla creazione di uno stampo nelle lavorazioni meccaniche di precisione, infatti, è quello di non tenere conto del materiale che si intende utilizzare per produrre il particolare stesso. Il materiale è tutto e senza una corretta valutazione, il rischio di fallire è elevatissimo.

Ci sono, dunque, almeno 6 ragioni per cui è fondamentale essere consapevoli dell’importanza di questo stretto rapporto tra progettazione, scelta del materiale, stampo e produzione di un pezzo. Trascurare anche soltanto uno di questi aspetti potrà compromettere la qualità del particolare e la sua funzionalità.

I 6 punti da non trascurare per la creazione stampi

La scelta del materiale influenza notevolmente la creazione stampi e la produzione delle parti:

• Lavorabilità del pezzo: tutti i metalli hanno un certo grado di duttilità, elasticità, malleabilità che li rendono più o meno adatti per il profondo stampaggio. Se, ad esempio, si intende realizzare un’imbutitura in più passaggi, è necessario ricorrere ad un acciaio da imbutitura profonda a basso contenuto di carbonio, altrimenti si rischia la rottura del pezzo dovuta al superamento delle capacità fisiche del materiale.
• Materiali dello stampo: in base al tipo di metallo da lavorare, anche lo stampo deve essere realizzato con i materiali adeguati; ad esempio la lavorazione di un acciaio armonico per molle, acciai inox o altri acciai fortemente legati risulta più abrasiva sugli utensili, i quali devono essere realizzati con materiali speciali, compresi trattamenti termici o eventuale rivestimento superficiale per garantire elevate caratteristiche di resistenza all’usura e tenacità.
• Spessore e geometria dello stampo: se devono essere lavorati materiali ad alta resistenza meccanica, la costruzione dello stampo deve rispondere a queste esigenze con piastre di spessore più elevato e geometrie in grado di far fronte agli sforzi meccanici previsti.
• Tonnellaggio della pressa: la pressa deve far fronte alle operazioni di formatura con sufficiente tonnellaggio ed energia, pertanto la scelta della pressa dipende direttamente dalla fase di progettazione del particolare e dalla scelta del materiale. Alcuni materiali inoltre, possono essere più o meno sensibili alla velocità di deformazione, incidendo quindi sulla produttività.
• Lubrificazione durante lo stampaggio: la lubrificazione è un aspetto fondamentale nelle lavorazioni di tranciatura, piegatura e imbutitura. Essa influenza in primo luogo la qualità del pezzo e la durata degli utensili; alcuni materiali richiedono lubrificanti ad alta viscosità che permangono sul pezzo e, qualora fossero indesiderati, devono essere rimossi con un opportuno lavaggio a discapito del costo finale del particolare.
• Numero dei passi: generalmente, materiali più resistenti richiedono un numero maggiore di stazioni in quanto presentano un notevole ritorno elastico. Ciò determina uno stampo di maggiori dimensioni.

I materiali più diffusi nello stampaggio

I materiali più comunemente lavorati mediante stampaggio a freddo sono lamiere in acciaio dolce DC01, DC03, DC04. Acciai a più alto tenore di carbonio, temprati o temprabili, vengono usati per la realizzazione di molle o laddove sia richiesta una particolare resistenza meccanica. Per quanto riguarda gli acciai inossidabili, le leghe più diffuse sono la AISI 304, AISI 316 e AISI 430. Altrettanto diffusi sono materiali che presentano già trattamenti galvanici per aumentare la resistenza alla corrosione, come la lamiera elettrozincata. Tuttavia, l’attività di realizzazione stampi è mirata anche alla lavorazione di altri materiali, come leghe di alluminio, ottone e, più raramente, materiali non metallici.

Particolari metallici: attenzione al costo

Un altro aspetto a cui i designer a volte non prestano la dovuta attenzione, è la riduzione delle tolleranza e delle dimensioni.  Tolleranze dimensionali e geometriche ristrette, o geometrie di dimensioni molto piccole, infatti, spesso non fa altro che raddoppiare o triplicare i costi di lavorazione.

Nella progettazione stampi per le minuterie metalliche è dunque di primaria importanza essere consapevoli delle caratteristiche del materiale che si intende lavorare, orientando quindi la scelta verso materiali dalle caratteristiche di resistenza e di lavorabilità che siano adatti allo scopo.

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Lo stampaggio progressivo, mediante una sequenza di operazioni consecutive, consente di dare una forma complessa ai particolari in metallo, i quali vengono spesso utilizzati per la produzione di componenti industriali in quantità elevate.

Si parla di formatura a freddo quando il calore non viene introdotto nello stampo o nella lamiera. Tuttavia, del calore è generato dall’attrito e dalla deformazione durante il processo di taglio e formatura, quindi le parti stampate possono raggiungere temperature elevate. È importante che il particolare da realizzare sia disegnato tenendo conto della sequenza delle operazioni di stampaggio, così da garantire la fattibilità dello stesso ed una elevata qualità e produttività. La progettazione stampi è effettuata mediante software CAD/CAM da un reparto tecnico altamente qualificato che unisce l’esperienza sul campo ai bisogni del cliente.

La progettazione e la costruzione degli stampi

La prima fase della realizzazione di uno stampo è la progettazione. Il prodotto da stampare è industrializzato prima di procedere alla fase di progettazione, viene quindi realizzata la bozza del prodotto e la si sottopone ad analisi e simulazioni mediante software CAD/CAM. Per particolari complessi, è importante instaurare un feedback tra il disegno del pezzo e quello dello stampo. La progettazione riceve quindi come input il disegno del particolare, e termina con l’emissione dei disegni tecnici che includono le quote dimensionali, le tolleranze, i materiali, la distinta base di tutti i componenti inclusi quelli commerciali, eventuali istruzioni operative e piani di manutenzione.

La costruzione dello stampo viene quindi affidata ad un’officina altamente specializzata che, tramite centri di lavoro ed elettroerosioni CNC, effettua la produzione delle piastre e dei componenti dello stampo. In questa fase sono compresi anche i trattamenti termici dei materiali, la rettifica, l’affilatura e la lucidatura dei componenti. La costruzione termina con l’assemblaggio dei componenti, il collaudo e la messa a punto dello stampo.

Materiali utilizzati nella realizzazione degli stampi

Un elemento molto importante nella costruzione degli stampi è il materiale utilizzato per i componenti e in particolare per gli utensili, ovvero punzoni e matrici. Questo infatti dovrà resistere a diverse sollecitazioni e possedere quindi un’elevata durezza e resistenza all’usura per abrasione, una buona resistenza alla compressione, buona finitura superficiale e basso coefficiente d’attrito, buona tenacità e un’ottima stabilità dimensionale dopo trattamento termico. È consigliabile utilizzare acciai ottimali per utensili classificati secondo le tabelle UNI, asportando dalla superficie almeno il 3% di spessore, evitare di eseguire lavorazioni meccaniche con passate estremamente profonde, evitare gli spigoli vivi e scegliere il materiale adatto per ogni operazione. I trattamenti termici devono essere eseguiti a regola d’arte per garantire le caratteristiche meccaniche richieste ed evitare cricche o tensioni residue.

La tranciatura e l’importanza del gioco di taglio

Il taglio (o tranciatura) è l’operazione eseguita più comunemente da uno stampo. Il metallo viene tagliato ponendolo tra due sezionatori maschio-femmina in acciaio che hanno un piccolo spazio tra di loro. Questo divario, o offset, si chiama gioco di taglio.

Il gioco di taglio cambia nel rispetto del tipo di operazione di taglio che viene eseguita, delle caratteristiche del materiale, delle condizioni dello spigolo desiderate. Esso è spesso espresso come percentuale dello spessore della lamiera da lavorare. In questo modo, si garantisce una determinata tolleranza nelle lavorazioni e si evita di incorrere in problemi come rotture o deformazioni.

Per tagliare il metallo è necessaria una forza elevata. Il processo spesso causa un trauma notevole allo stampo e alla pressa. Nella maggior parte delle operazioni di taglio, il metallo è portato fino al punto di rottura che produce un bordo tagliato con una parte lucida denominata zona di taglio, ed una parte chiamata zona di frattura. Per un approfondimento si rimanda all’articolo sul calcolo della forza di tranciatura.

Le operazioni di taglio nello stampaggio progressivo

Le operazioni di taglio che vengono effettuate negli stampi, sebbene possano essere simili o addirittura identiche tra di loro per quanto concerne il funzionamento tecnico, possono assumere diversi nomi in base alla fase di lavorazione. Si riporta di seguito un elenco, con lo scopo anche di chiarire l’utilizzo dei termini tecnici in lingua inglese:

• • Trimming (taglio o tranciatura): il perimetro esterno della lamiera o di un semilavorato è tagliato via per dare al pezzo il profilo desiderato. Il materiale in eccesso, di solito, viene eliminato come scarto.

• • Notching: di solito è associato a stampi progressivi ed è un processo in cui un’operazione di taglio viene eseguita progressivamente all’esterno di un nastro di lamiera per creare un determinato profilo. Essendo anche questa un’operazione di taglio viene detta comunemente “tranciatura”.

• • Blanking: si tratta di un processo di taglio che viene utilizzato in operazioni in cui il semilavorato (solitamente un disco di metallo) viene distaccato dalla lamiera per subire ulteriori lavorazioni, tramite trasferimento ad una stazione successiva o ad un altro stampo. Spesso rappresenta la prima fase nelle operazioni di imbutitura profonda. Il disco di metallo, rimosso dal nastro durante questo processo, è chiamato pezzo grezzo.

• • Piercing (punzonatura o perforazione): l’operazione di perforazione è un’operazione di taglio del metallo che produce un foro rotondo, quadrato o di forma speciale su una lamiera piana o già deformata.

• • Lancing: il metallo viene parzialmente separato o si crea una fessura nel tentativo di sollevare metallo senza distaccare il pezzo dalla striscia. Si utilizza in stampi progressivi, in particolare per imbutiture, dove è necessario separare la maggior parte del semilavorato dal nastro in lamiera, consentendone però l’avanzamento senza l’ausilio di un transfer.

• Shearing: taglio del metallo lungo una linea retta. Questo metodo è usato per produrre forme rettangolari e quadrate. I particolari ottenuti sono solitamente dei semilavorati che in seguito subiscono altre operazioni come punzonatura, piegatura, ecc. Anche in questo caso si fa comunemente riferimento ad esso come “tranciatura”.

La lunga tradizione di Gima Spa nella progettazione stampi

Gima Spa vanta una lunga tradizione nella progettazione e nella costruzione stampi. Grazie all’esperienza, alla formazione altamente specializzata del personale, ai macchinari e ai software CAD/CAM all’avanguardia utilizzati, sono in grado di rispondere ad ogni richiesta di progettazione o di riparazione di stampi.

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