Corso di Tecnologia Meccanica Modulo 3.8 Deformazione plastica LIUC - Ingegneria Gestionale 1 Lavorazione a freddo della lamiera LIUC - Ingegneria Gestionale 2 Lavorazione a freddo delle lamiere È il processo più diffuso per la produzione di grande serie di componentistica metallica tipica del settore automobilistico, degli elettrodomestici e delle attrezzature in generale. Si compone di più lavorazioni quali: Tranciatura o punzonatura Piegatura Imbutitura Curvatura o calandratura Profilatura LIUC - Ingegneria Gestionale 3 Tranciatura LIUC - Ingegneria Gestionale 4 Tranciatura È un’operazione in grado di tagliare sezioni piane prefissate di lamiera in quadrotti o nastri Viene eseguita su una pressa grazie ad uno stampo composto da due parti: Matrice vincolata alla parte fissa della pressa Punzone solidale con la slitta Il punzone penetra nella lamiera e la attraversa asportando un profilo di materiale di sagoma pari alla sezione del punzone La parte asportata, attraverso un foro nella parte fissa della pressa viene raccolta come sfrido nella parte bassa della pressa per essere evacuato Il gioco tra punzone e foro della matrice deve avere un certo gioco che deve essere tanto più grande quanto più: La lamiera è di spessore elevato La resistenza a trazione del materiale è elevata LIUC - Ingegneria Gestionale 5 Tranciatura LIUC - Ingegneria Gestionale 6 Tranciatura e punzonatura Si parla di tranciatura quando il pezzo tagliato è il prodotto e la parte rimanente è lo sfrido Si parla invece di punzonatura quando la lamiera forata è il prodotto e lo sfrido è invece la parte asportata LIUC - Ingegneria Gestionale 7 Punzonatura e tranciatura LIUC - Ingegneria Gestionale 8 Schema di tranciatura Esempio, lamiera di altezza pari a 5 mm 1. 2. 3. 4. Il punzone comincia penetrare e deforma plasticamente il materiale A circa 1,3 mm viene superato il carico di resistenza del materiale Si creano delle fessure in corrispondenza del bordo di matrice e punzone A 1,5 mm basta un leggera pressione per distaccare il tondello LIUC - Ingegneria Gestionale 9 Fasi di tranciatura LIUC - Ingegneria Gestionale 10 LIUC - Ingegneria Gestionale 11 LIUC - Ingegneria Gestionale 12 Ritorno elastico del materiale LIUC - Ingegneria Gestionale 13 Rottura in funzione del tipo di materiale LIUC - Ingegneria Gestionale 14 Tranciatura La sezione del tondello tranciato presenta una morfologia tipica caratterizzata da: Uno spigolo arrotondato caratteristico della superficie opposta a quella ove interviene il punzone Una zona liscia nel tratto opposto a quello del punzone che ha strisciato sulla matrice al momento del distacco Una zona rugosa esemplificativa del fenomeno di frattura Uno spigolo rivolto verso il punzone presentante bave LIUC - Ingegneria Gestionale 15 Forma del profilo tranciato LIUC - Ingegneria Gestionale 16 Gioco punzone-matrice Il dimensionamento del gioco tra punzone e matrice è fondamentale per una buona tranciatura. Esso dipende da: Tipo di materiale utilizzato Spessore della lamiera per spessori < 3mm g = 0,007 ⋅ s ⋅ kt per spessori > 3mm g = (0,007 ⋅ s − 0,005) ⋅ kt ove kt è la resistenza al taglio della lamiera LIUC - Ingegneria Gestionale 17 Valore di Kt in funzione del materiale LIUC - Ingegneria Gestionale 18 Gioco matrice-punzone LIUC - Ingegneria Gestionale 19 Stampi di tranciatura Dimensionamento: Nella punzonatura il diametro del foro è stabilito dal punzone e la matrice deve essere maggiorata di 2g Nella tranciatura le dimensioni del pezzo sono quelle dalla matrice ed il punzone dovrà essere ridotto di 2g L’usura dello stampo può comportare: Aumento giochi matrice-punzone Arrotondamento degli spigoli taglienti Scheggiature La deriva di tali fenomeni può portare progressivamente allo scarto dei pezzi tranciati LIUC - Ingegneria Gestionale 20 Forza di tranciatura La forza di tranciatura è influenzata dal tipo di punzone e di matrice, è variabile durante il processo e massima al momento della frattura La forza massima può essere determinata con la formula: Pmax = l s σk Ove l è il perimetro del profilo tranciato s è lo spessore del materiale σk è la resistenza specifica a taglio pari a 4/5 Rw essendo Rw la resistenza a trazione del materiale È poi opportuno maggiorare il valore trovato di circa il 20% al fine di tenere conto dei fenomeni di attrito e di usura dello stampo Esistono diversi casi specifici LIUC - Ingegneria Gestionale 21 Forza di tranciatura LIUC - Ingegneria Gestionale 22 Punzone e matrice piani I piani taglienti di punzone e matrice sono paralleli Il valore della forza è massimo a circa il 30% dello spessore della lamiera La frattura si propaga immediatamente su tutto il perimetro e la forza cala poi bruscamente (non si annulla a causa dei fenomeni di strisciamento) Nel caso di gioco scorretto la forza necessariua risulta maggiore LIUC - Ingegneria Gestionale 23 Forza ed energia F = kt ⋅ A ove kt è la resistenza al taglio del materiale da tranciare A è l' area della superficie su cui si esercita la forza E = λ ⋅F ⋅s ove λ è il rapporto tra forza massima e media e dipende da ⇒ materiale tranciato ⇒ spessore della lamiera s è lo spessore della lamiera LIUC - Ingegneria Gestionale 24 LIUC - Ingegneria Gestionale 25 Forza di tranciatura LIUC - Ingegneria Gestionale 26 Punzone e matrice inclinati Il punzone o la matrice presentano piani taglienti inclinati Caratteristiche: Forza massima generalmente minore (in funzione dell’extra corsa del punzone) Energia richiesta invariata Evitare angoli di inclinazione eccessivi al fine di evitare rapida usura dei punzoni LIUC - Ingegneria Gestionale 27 LIUC - Ingegneria Gestionale 28 Forza dall' espressione dell' energia E = λ ⋅ F '⋅( s + H ) ove λ è il rapporto tra forza massima e media e dipende da ⇒ materiale tranciato ⇒ spessore della lamiera s è lo spessore della lamiera h è l' extracorsa del punzone da cui F'= F ⋅ s s+H LIUC - Ingegneria Gestionale 29 Spinta laterale LIUC - Ingegneria Gestionale 30 Energia E = λ '⋅F '⋅( s + H ) ove λ ' è pari a ⇒ 0,5 - 0,6 per H = s ⇒ 0,7 - 0,8 per H = 2s s è lo spessore della lamiera LIUC - Ingegneria Gestionale 31 Tranciatura con stampi Caratteristiche dello stampo: Matrice e punzone prodotti con acciai per utensili ad alto contenuto di carbonio e trattati termicamente e spigoli a raggio nullo Piastre di sostegno in acciaio standard Presenza di premilamiera per evitare deformazioni non volute Disposizione dei pezzi a minimizzare lo sfrido Codoli di riferimento per il passo da tenere nel caso di nastri Guide per tenere il nastro aderente alla matrice e evitare fuoriuscite dalla sede Presse generalmente meccaniche Produzione garantita anche di più di 100.000 pezzi previa riaffilatura ogni 10.000 – 20.000 battute LIUC - Ingegneria Gestionale 32 Stampo di tranciatura LIUC - Ingegneria Gestionale 33 Stampo “progressivo” LIUC - Ingegneria Gestionale 34 Stampo “progressivo” LIUC - Ingegneria Gestionale 35 Punzonatura prograssiva LIUC - Ingegneria Gestionale 36 Tranciatura su centri di lavorazione lamiere I centri di lavoro a controllo numerico vengono utilizzati per piccoli lotti di pezzi ove non risulta conveniente un grande investimento in stampi Il deposito di punzoni e matrici del centro consente di ottenere con una traiettoria definita punto-punto su un piano x-y una grande varietà di sagome anche complesse di tranciatura. Esistono anche teste di taglio laser per sagome molto complesse LIUC - Ingegneria Gestionale 37 Centro di lavorazione lamiera LIUC - Ingegneria Gestionale 38 Tranciatura fine È realizzabile su presse apposite e consente di evitare costose operazioni di finitura su pezzi che necessitano di un certo grado di precisione (tolleranze dell’ordine di 0,025 mm). È praticabile su presse apposite dotate di: Premilamiera Punzone con punto morto inferiore regolabile Contropunzone di estrazione LIUC - Ingegneria Gestionale 39 Tranciatura “fine” LIUC - Ingegneria Gestionale 40 LIUC - Ingegneria Gestionale 41 Centro di lavorazione lamiera LIUC - Ingegneria Gestionale 42 Piegatura LIUC - Ingegneria Gestionale 43 Piegatura Consiste nella deformazione plastica di una sezione di spessore s secondo un angolo α per l’azione di un punzone di raggio Rp È normalmente l’operazione seguente la tranciatura nel caso in cui il pezzo preveda una sagoma non piana Esistono due tipi di piegatura: Libera ovvero senza l’uso di uno stampo specifico, bensì solo mediante l’appoggiatura della lamiera su dei supporti e l’azione deformante di un punzone In stampo nel momento cui la sagoma non è banale e necessita di uno stampo vero e proprio composto da matrice e punzone LIUC - Ingegneria Gestionale 44 Piegatura libera LIUC - Ingegneria Gestionale 45 Piegatura ad U LIUC - Ingegneria Gestionale 46 Progettazione dello stampo Il materiale ha un ritorno elastico per cui gli angoli di piega dello stampo dovranno prevedere una maggiorazione rispetto agli angoli di piega del pezzo Esistono dei raggi minimi di curvatura al di sotto dei quali non è possibile andare senza rompere o fessurare la lamiera Calcolo del raggio minimo di piegatura: Rmin = 50s/A – s/2 Ove s = spessore della lamiera A = allungamento massimo percentuale del materiale Conviene prevedere una maggiorazione del 40% al fine di mantenere un certo margine di sicurezza LIUC - Ingegneria Gestionale 47 Piegatura lamiere LIUC - Ingegneria Gestionale 48 Ritorno elastico Il ritorno elastico del materiale, una volta cessata l’azione del punzone dipende da molteplici fattori quali: Tipo di materiale e suo stato di lavorazione Tipo di piegatura attuata Pressione esercitata (coniatura, etc…) Raggio di piegatura Rp Velocità di deformazione LIUC - Ingegneria Gestionale 49 Piegatura e ritorno elastico LIUC - Ingegneria Gestionale 50 Recupero elastico del materiale LIUC - Ingegneria Gestionale 51 Distanza della fibra neutra LIUC - Ingegneria Gestionale 52 LIUC - Ingegneria Gestionale 53 Angoli di piegatura LIUC - Ingegneria Gestionale 54 Raggio di piegatura LIUC - Ingegneria Gestionale 55 Stato di sollecitazione La lamiera deformata presenta due lati soggetti a sollecitazioni opposte: Il lato vicino al punzone soggetto a forze di compressione Il lato opposto soggetto a sollecitazioni di trazione Esiste una fibra interna detta neutra in quanto non soggetta ad alcuno stato di sollecitazione LIUC - Ingegneria Gestionale 56 LIUC - Ingegneria Gestionale 57 Piegatura Nella progettazione di un pezzo piegato occorre valutare anche lo sviluppo della lamiera necessaria a produrlo dato che la fibra neutra interna allo spessore tende a spostarsi sul lato della lamiera soggetto a compressione La forza di piegatura può essere determinata teoricamente solo facendo delle ipotesi circa la configurazione del pezzo, oppure, molto più verosimilmente mediante l’ausilio di software dedicati in grado di mettere in evidenza anche le aree sottoposte a maggior rischio di rottura come nel caso dell’imbutitura LIUC - Ingegneria Gestionale 58 LIUC - Ingegneria Gestionale 59 Parametri di piegatura LIUC - Ingegneria Gestionale 60 Calcolo dello sviluppo LIUC - Ingegneria Gestionale 61 Bordatura ed arricciatura LIUC - Ingegneria Gestionale 62 Piega con matrice elastica LIUC - Ingegneria Gestionale 63 Piegatura in più passaggi LIUC - Ingegneria Gestionale 64 LIUC - Ingegneria Gestionale 65 Piegatura tangenziale LIUC - Ingegneria Gestionale 66 Energia di deformazione E = m ⋅ F ⋅ c + Fp ⋅ c ove F è la forza massima di piegatura Fp è la forza esercitata dal premilamiera c è la corsa del punzone m è un fattore correttivo ⇒ m = 0,33 per pieghe a V ⇒ m = 0,66 per pieghe ad U LIUC - Ingegneria Gestionale 67 Forza di piegatura LIUC - Ingegneria Gestionale 68
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