Scienza degli stampi: attrito e calore nello stampaggio dei metalli

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Di recente, quando mi trovavo in un impianto di stampaggio dei metalli, uno degli ingegneri delle attrezzature voleva mostrarmi un processo di imbutitura che, secondo lui, sfidava tutto ciò che aveva imparato sui fondamenti della formatura dei metalli. Ha anche commentato che molte delle informazioni che ha acquisito provenivano da articoli che avevo scritto per STAMPING Journal. Ha spiegato che lo stampo avrebbe funzionato bene solo se la lubrificazione sul pezzo grezzo fosse stata molto leggera e il pistone della pressa si fosse mosso molto rapidamente. Ciò lo lasciava piuttosto perplesso, poiché la sua esperienza personale con altre operazioni di trafilatura e le informazioni apprese dalla sua ricerca indicavano tipicamente che per un'imbutitura profonda di successo sono necessari più lubrificante e velocità del pistone più basse. Come può essere?

Poi ha continuato dimostrandomi quello che mi aveva detto su questo strumento. Sicuramente, quando aggiungeva altro lubrificante, la parte si spaccava; quando rallentava la velocità del pistone, la parte si divideva.

Se hai letto i miei articoli negli ultimi 20 anni, potresti aver notato che uso molte "frasi da donnola": di solito faccio precedere le mie affermazioni con in generale o nella maggior parte dei casi o di gran lunga. Non è perché non ho fiducia nelle mie affermazioni, ma perché ho imparato che gli assoluti sono rari nello stampaggio della lamiera. Certo, aderiamo alle linee guida e ai principi fondamentali fondamentali, ma sono solo linee guida, non regole assolute. In effetti, l'unica regola assoluta è "Non esistono regole assolute".

Le linee guida generali fungono da base per la maggior parte, ma non per tutte, le operazioni di formatura e taglio dei metalli. È necessario comprendere in modo completo tutte le variabili per prendere una buona decisione basata sui dati, non solo fare affidamento sulle linee guida.

Nei miei articoli e conferenze, mi piace insegnare ai partecipanti e ai lettori a visualizzare il materiale che stanno formando, allungando o tagliando come Silly Putty. Uno dei comportamenti interessanti di questo composto giocattolo è che se lo tiri velocemente si rompe, ma se lo tiri lentamente si allunga.

La maggior parte dei materiali sottoposti a imbutitura o allungamento si comportano in modo simile. Questo spiega perché le parti complesse imbutite come lavandini, vasche da bagno e carriole vengono solitamente realizzate in presse idrauliche più lente. La velocità eccessiva di una tipica pressa meccanica a manovella spesso provoca spaccature perché il materiale ha bisogno di tempo per scorrere.

Il punto in cui il punzone entra in contatto con il materiale durante l'imbutitura profonda è fondamentale. A questo punto della corsa della pressa, il materiale è costretto a passare dalla velocità zero a un valore equivalente alla velocità del pistone, in tempo zero. Se non c'è abbastanza tempo per avviare il flusso del metallo, il risultato è un allungamento eccessivo e una potenziale spaccatura.

Il taglio dei metalli, invece, viene solitamente eseguito rapidamente. Pensa al taglio dei metalli come alla formazione del metallo fino al cedimento. Nel taglio dei metalli, si desidera che il materiale si rompa, quindi sono desiderabili velocità eccessive.

Calore e attrito vengono generati in tutte le operazioni di taglio e formatura dei metalli. La quantità generata è il prodotto di molte variabili, tra cui il tipo e lo spessore del materiale, la geometria di formatura, il tipo di acciaio per utensili, l'attrito tra il materiale in foglio e lo stampo, la velocità di formatura, la gravità della formatura dell'elemento e il comportamento del lubrificante.

Calore. Il calore può essere un amico o un nemico in un processo di stampaggio. Un aumento del calore può migliorare la duttilità e le prestazioni del materiale che stai formando. Questo è il motivo per cui alcuni stampi devono riscaldarsi per funzionare adeguatamente. Quando vuoi piegare un grosso pezzo di ferro angolare, cosa fai? Lo riscaldi e si piega facilmente.

FIGURA 1. Molti additivi per lubrificanti riducono drasticamente il coefficiente di attrito quando sono sottoposti a temperature elevate, mentre altri funzionano meglio a temperature più basse.

Questo stesso principio si applica alla formatura dei metalli. Infatti, è la base per il processo di stampa a caldo. Tuttavia, in alcuni casi, il calore eccessivo può causare il danneggiamento delle sezioni in acciaio degli utensili e il funzionamento inadeguato dei lubrificanti o la combustione. Di conseguenza, possono verificarsi danni allo stampo, ad esempio grippaggi, che possono contribuire alla rottura e al guasto prematuro dell'utensile.