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LIUC - Ingegneria Gestionale 1

Corso di Tecnologia Meccanica

Modulo 3.8Deformazione plastica


Lavorazione a freddo della lamiera


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 punzonaturaPiegaturaImbutituraCurvatura o calandraturaProfilatura


Tranciatura


Tranciatura È un’operazione in grado di tagliare sezioni piane prefissate di lamiera in quadrotti o nastriViene eseguita su una pressa grazie ad uno stampo composto da due parti:

Matrice vincolata alla parte fissa della pressaPunzone solidale con la slitta

Il punzone penetra nella lamiera e la attraversa asportando un profilo di materiale di sagoma pari alla sezione del punzoneLa parte asportata, attraverso un foro nella parte fissa della pressa viene raccolta come sfrido nella parte bassa della pressa per essere evacuatoIl 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 elevatoLa resistenza a trazione del materiale è elevata


Tranciatura


Tranciatura e punzonatura

Si parla di tranciatura quando il pezzo tagliato è il prodotto e la parte rimanente èlo sfridoSi parla invece di punzonatura quando la lamiera forata è il prodotto e lo sfrido èinvece la parte asportata


Punzonatura e tranciatura


Schema di tranciatura

Esempio, lamiera di altezza pari a 5 mm1. Il punzone comincia penetrare e deforma

plasticamente il materiale2. A circa 1,3 mm viene superato il carico di resistenza

del materiale3. Si creano delle fessure in corrispondenza del bordo

di matrice e punzone4. A 1,5 mm basta un leggera pressione per

distaccare il tondello


Fasi di tranciatura


Ritorno elastico del materiale


Rottura in funzione del tipo di materiale


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 distaccoUna zona rugosa esemplificativa del fenomeno di fratturaUno spigolo rivolto verso il punzone presentante bave


Forma del profilo tranciato


Gioco punzone-matrice

Il dimensionamento del gioco tra punzone e matrice èfondamentale per una buona tranciatura. Esso dipende da:

Tipo di materiale utilizzatoSpessore della lamiera

lamiera della taglioal resistenza la è k ove)005,0007,0( 3mm spessoriper

007,0 3mm spessoriper

t

t

t

ksg

ksg

⋅−⋅=>

⋅⋅=<


Valore di Kt in funzione del materiale


Gioco matrice-punzone


Stampi di tranciatura

Dimensionamento:Nella punzonatura il diametro del foro è stabilito dal punzone e la matrice deve essere maggiorata di 2gNella 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-punzoneArrotondamento degli spigoli taglientiScheggiature

La deriva di tali fenomeni può portare progressivamente allo scarto dei pezzi tranciati


Forza di tranciaturaLa forza di tranciatura è influenzata dal tipo di punzone e di matrice, è variabile durante il processo e massima al momento della fratturaLa forza massima può essere determinata con la formula:

Pmax = l s σkOvel è il perimetro del profilo tranciatos è lo spessore del materialeσk è la resistenza specifica a taglio pari a 4/5 Rw essendo Rw la resistenza

a trazione del materialeÈ poi opportuno maggiorare il valore trovato di circa il 20% al fine ditenere conto dei fenomeni di attrito e di usura dello stampoEsistono diversi casi specifici


Forza di tranciatura


Punzone e matrice piani

I piani taglienti di punzone e matrice sono paralleliIl valore della forza è massimo a circa il 30% dello spessore della lamieraLa 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 necessariuarisulta maggiore


Forza ed energia

forza la esercita si cuisu superficie della areal' èA tranciareda materiale del taglioal resistenza la èkt

oveAktF ⋅=

lamiera della spessore lo è slamiera della spessore

tranciatomaterialeda dipende e media e massima forza trarapporto il è

ove

⇒⇒

⋅⋅=

λ

λ sFE


Forza di tranciatura


Punzone e matrice inclinati

Il punzone o la matrice presentano piani taglienti inclinatiCaratteristiche:

Forza massima generalmente minore (in funzione dell’extra corsa del punzone)Energia richiesta invariataEvitare angoli di inclinazione eccessivi al fine di evitare rapida usura dei punzoni


Forza

HssFF

HsFE

+⋅=

⇒⇒

+⋅⋅=

'

cui dapunzone del extracorsal' èh lamiera della spessore lo è s

lamiera della spessore tranciatomateriale

da dipende e media e massima forza trarapporto il è ove

)('energiadell'eespressiondall'

λ

λ


Spinta laterale


Energia

lamiera della spessore lo è s2s Hper 0,8 - 0,7sHper 0,6- 0,5

a pari è 'ove

)(''

=⇒=⇒

+⋅⋅=

λ

λ HsFE


Tranciatura con stampiCaratteristiche dello stampo:

Matrice e punzone prodotti con acciai per utensili ad alto contenuto di carbonio e trattati termicamente e spigoli a raggionulloPiastre di sostegno in acciaio standardPresenza di premilamiera per evitare deformazioni non voluteDisposizione dei pezzi a minimizzare lo sfridoCodoli di riferimento per il passo da tenere nel caso di nastriGuide per tenere il nastro aderente alla matrice e evitare fuoriuscite dalla sedePresse generalmente meccanicheProduzione garantita anche di più di 100.000 pezzi previa riaffilatura ogni 10.000 – 20.000 battute


Stampo di tranciatura


Stampo “progressivo”


Punzonatura prograssiva


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 stampiIl deposito di punzoni e matrici del centro consente di ottenere con una traiettoria definita punto-punto su un piano x-y una grande varietàdi sagome anche complesse di tranciatura.Esistono anche teste di taglio laser per sagome molto complesse


Centro di lavorazione lamiera


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:

PremilamieraPunzone con punto morto inferiore regolabileContropunzone di estrazione


Tranciatura “fine”


Centro di lavorazione lamiera


Piegatura


Piegatura

Consiste nella deformazione plastica di una sezione di spessore s secondo un angolo α per l’azione di un punzone di raggio RpÈ normalmente l’operazione seguente la tranciatura nel caso in cui il pezzo preveda una sagoma non pianaEsistono 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 punzoneIn stampo nel momento cui la sagoma non è banale e necessita di uno stampo vero e proprio composto da matrice e punzone


Piegatura libera


Piegatura ad U


Progettazione dello stampoIl materiale ha un ritorno elastico per cui gli angoli di piega dello stampo dovranno prevedere una maggiorazione rispetto agli angoli di piega del pezzoEsistono dei raggi minimi di curvatura al di sotto dei quali non èpossibile andare senza rompere o fessurare la lamieraCalcolo del raggio minimo di piegatura:

Rmin = 50s/A – s/2Ove

s = spessore della lamieraA = allungamento massimo percentuale del materialeConviene prevedere una maggiorazione del 40% al fine di mantenere un certo margine di sicurezza


Piegatura lamiere


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 lavorazioneTipo di piegatura attuataPressione esercitata (coniatura, etc…)Raggio di piegatura RpVelocità di deformazione


Piegatura e ritorno elastico


Recupero elastico del materiale


Distanza della fibra neutra


Angoli di piegatura


Raggio di piegatura


Stato di sollecitazione

La lamiera deformata presenta due lati soggetti a sollecitazioni opposte:

Il lato vicino al punzone soggetto a forze di compressioneIl lato opposto soggetto a sollecitazioni di trazione

Esiste una fibra interna detta neutra in quanto non soggetta ad alcuno stato di sollecitazione


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 compressioneLa forza di piegatura può essere determinata teoricamente solo facendo delle ipotesi circa la configurazione del pezzo, oppure, molto piùverosimilmente 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


Parametri di piegatura


Calcolo dello sviluppo


Bordatura ed arricciatura


Piega con matrice elastica


Piegatura in più passaggi


Piegatura tangenziale


Energia di deformazione

Uad piegheper 0,66mV a piegheper 0,33m

correttivo fattoreun è mpunzone del corsa la è c

rapremilamie dal esercitata forza la è Fppiegatura di massima forza la è F

ove

=⇒=⇒

⋅+⋅⋅= cFpcFmE


Forza di piegatura

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