Lavorazione della lamiera: principali tecniche di piegatura e presse

Per lamiera si intende un semilavorato siderurgico di forma piana con ridotto spessore rispetto alla lunghezza e alla larghezza. Può essere confezionata in coils (rotoli) oppure in fogli o in quadrotti. In funzione delle esigenze produttive, le lamiere possono essere acquistate scegliendo tra i molti parametri desiderati, tra cui:

• materiali (esempio AISI 304, 316, alluminio etc)
• finiture (esempio satinato con diverse grane oppure Scotch Brite, lucidatura BA, finitura a buccia d’arancia 2B, finitura grezza laminato a caldo, mandorlato, etc)
• formati (esempio 1000×2000, 1500×3000),
• spessori (esempio 0.8mm oppure 1.5mm). Gli spessori delle lamiere in genere vengono riportati in decimi di millimetro, quindi una lamiera con spessore 1.5 mm è comunemente detta da 15/10
• layer protettivi (esempio protezione PVC, non protetto, etc)
• qualità (esempio prima o seconda scelta).

Lavorazioni della lamiera: principali tecniche

Le lamiere, in base all’uso, possono subire molte lavorazioni. Usualmente, il flusso di lavoro che subisce la lamiera grezza per arrivare al prodotto finito può includere le seguenti fasi:

• Sbobinatura del coil, raddrizzatura e cesoiatura, alternativamente si può direttamente acquistare un bancale di fogli in formati standard.
• Taglio laser oppure punzonatura tramite apposita punzonatrice
• Imbutitura su pressa idraulica
• Piegatura su presso-piegatrice, oppure piegatura su pannellatrice
• Assiemaggio tramite saldatura (esempio, a TIG).

Imbutitura e presse

L’imbutitura è un processo di deformazione plastica permanente della lamiera a freddo per ottenere corpi cavi con parete più o meno sottile. Il principio di funzionamento è basato su uno stampo che è composto da una matrice fissa, un punzone mobile in verticale e un premilamiera. La lamiera viene inserita nello stampo contro dei riscontri che ne garantiscono il corretto posizionamento. Il premilamiera si abbassa e ferma la lamiera in posizione. Successivamente, il punzone si abbassa ed esegue l’imbutitura conferendo la forma alla lamiera. Il premilamiera è utile in quanto evita la grinzatura della lamiera. Per l’esecuzione di pezzi complessi si possono usare presse a più effetti in modo da eseguire stampaggi complessi in diverse direzioni.

Imbutiture profonde

Nel caso di imbutiture profonde, la selezione del materiale gioca un ruolo fondamentale, altrimenti c’è rischio di cricche nelle zone più deformate. Anche la ricottura in forno può essere d’aiuto per alleviare lo stato tensionale del materiale introdotto dai vari passaggi d’imbutitura profonda.
L’imbutitura viene eseguita su delle presse. Tali presse devono esercitare elevate forze durante l’imbutitura e quindi il parametro fondamentale è il cosiddetto tonnellaggio, cioè la forza massima esercitabile dalla macchina utensile. Le tecnologie più diffuse sono le presse meccaniche e quelle idrauliche. Le presse meccaniche, basate su un principio ad eccentrico, sono più usate per la tranciatura e la forgiatura. Contrariamente, le presse idrauliche sono più usate per l’imbutitura in quanto permettono di regolare meglio la pressione e di mantenerla per il tempo desiderato.

Tranciatura

La tranciatura è un’operazione di taglio meccanico in cui, usando una matrice e un punzone ben affilati, si rimuove la porzione di materiale desiderata. La tranciatura e la punzonatura sono molto simili tra loro, ma differiscono per il risultato finale: il materiale staccato nella tranciatura è il prodotto finito, mentre il materiale staccato nella punzonatura costituisce lo sfrido. La tranciatura tutt’oggi è un processo di grande attualità e non è stato soppiantato da moderne tecnologie come il laser in quanto è ancora molto più veloce, anche se meno flessibile. Specialmente su lotti molto grandi e pezzi complessi di minuteria metallica è molto vantaggioso effettuare degli investimenti in (complessi) stampi di tranciatura.

Punzonatrici

Le punzonatrici sono macchine utensili azionate da un sistema a biella-manovella. Sono provviste di un magazzino utensili a cambio rapido in modo da passare velocemente da una lavorazione a un’altra tramite sostituzione contemporanea sia della matrice che del punzone. Con tali macchine è anche possibile effettuare altre lavorazioni come piccole imbutiture, pieghe, incisioni, filettature etc. Grazie alla tecnologia a CNC, le punzonatrici permettono di effettuare lavorazioni complesse in un tempo ridotto.

Cesoie

Le cesoie sono macchine utensili impiegate per il taglio rettilineo della lamiera per mezzo di un’azione di taglio di due lame contrapposte. Sono usualmente azionate da un sistema idraulico. La versione più diffusa è la cesoia a ghigliottina, in cui la lama inferiore è fissa, mentre quella superiore è mobile e si muove verticalmente. La lamiera viene mantenuta in posizione da un sistema di pistoni idraulici che funge da premilamiera. Specialmente nelle macchine più grandi, la lama può essere inclinata di circa 3° secondo l’angolo di taglio che simula una forbice. In tale modo, si riduce la forza di taglio complessiva. In funzione dello spessore lavorato, le lame devono essere distanziate di una quota pari all’interspazio delle lame che varia entro alcuni decimi. Una battuta azionata da un asse funge da sistema di misura e questo permette di ottenere ripetibilità e precisione durante il funzionamento.

Piegatura della lamiera

La piegatura della lamiera è un processo di deformazione plastica in cui una lamiera piana viene deformata localmente per mezzo di un’azione di flessione. La piegatura della lamiera può essere eseguita su presso-piegatrici oppure su piegatrici tangenziali o su pannellatrici.

Piega in aria e piega schiacciata

La tecnica di piegatura più usata è la piega in aria in cui una lama mobile schiaccia la lamiera appoggiata a una matrice fissa a forma di V. La regolazione dell’angolo di piega è effettuata tramite l’altezza della lama. Altra tecnica molto usata è la piega schiacciata, in cui si effettua una piega chiusa su sé stessa. L’obiettivo della piega schiacciata è quello di ottenere maggiore rigidità ed evitare che la persona che maneggia il manufatto di lamiera si tagli a causa dei bordi della lamiera stessa.
La progettazione della piegatura è un tassello importante del processo produttivo che segue. I principali fattori che deve tenere a mente il progettista che si avvicina al mondo delle lamiere sono il raggio interno e il fattore k. Questi due parametri devono essere calati nella realtà aziendale tramite prove pratiche di piegatura e sfruttando di volta in volta le attrezzature a disposizione dell’officina.

Fattori critici del processo di piegatura

Le insidie che si celano nella piegatura sono molte e il piegatore esperto le deve considerare tutte per non ottenere degli scarti di lavorazione. Esempi di fattori critici del processo di piegatura sono:

• ritorno elastico
• effetto della finitura
• variabilità dello spessore e del materiale,
• isotropia del materiale rispetto al senso di laminazione
• fattore umano
• selezione dell’ottimale ciclo di piegatura.

Macchine per piegatura della lamiera

Esistono tre macrocategorie di macchine utensili per eseguire la piegatura della lamiera:

• Presso-piegatrici;
• Piegatrici tangenziali;
• Pannellatrici.

Presso-piegatrici

Le presso-piegatrici sono le macchine di piegatura più diffuse. Queste macchine sfruttano il sistema di piegatura a tre punti (matrice fissa inferiore + punzone mobile superiore).
La presso-piegatrice imprime al punzone mobile un’elevata forza che si scarica sul pezzo piegandolo, in quanto sollecitato da un’azione di flessione tra matrice e punzone.

Presso-piegatrici idrauliche

Le presso-piegatrici possono essere idrauliche, elettriche o ibride. La più diffusa è quella idraulica. Questa è costituita da una traversa mobile che viene azionata verticalmente da pistoni idraulici. I cilindri sono rigidamente fissati alle due spalle laterali della macchina. Le spalle sono solidali alla parte inferiore della macchina utensile: il banco. Sul banco viene montata la matrice, mentre sulla traversa mobile si montano le lame di piegatura tramite degli attacchi rapidi chiamati “intermediari”. Delle fotocellule ottiche sorvegliano costantemente sulla sicurezza dell’operatore per evitare infortuni. Un controllo numerico gestisce il ciclo di lavoro regolando corsa e la velocità dei vari assi. Sulla parte posteriore della macchina, dei riscontri mobili fungono da battuta del pezzo per il corretto posizionamento dello stesso. Per compensare la deformabilità della macchina, un sistema di compensazione, chiamato sistema di centinatura, introduce nella macchina una contro-deformazione in modo da ottenere pieghe dei pezzi sempre uniformi ed esenti da difetti.

Piegatrici tangenziali

Contrariamente alla piegatura ottenuta tramite presso-piegatrici, sulle piegatrici tangenziali e sulle pannellatrici il pezzo viene semplicemente appoggiato al banco della macchina utensile. Successivamente, la lamiera viene bloccata tra un premilamiera superiore e una contro-lama inferiore. La piegatrice tangenziale ha l’utensile di piegatura che ruota rispetto a un asse. Su tale utensile, si appoggia la lamiera da piegare e la rotazione dell’utensile su se stesso provoca la piegatura del lembo di lamiera che si appoggia alla lama.

Pannellatrici per lamiera

La pannellatrice, invece di usare l’utensile di piegatura rotante, adotta un porta-lama basculante a forma di C. Le pannellatrici possono essere semiautomatiche, cioè assistite nella manipolazione del pezzo da un operatore, oppure automatiche, in cui la manipolazione viene eseguita da un apposito robot.
Con queste due macchine utensili è possibile eseguire pieghe sia verso l’alto (positive) che verso il basso (negative) senza nessun ribaltamento del pezzo, cosa necessaria con le presso-piegatrici.

Calandra

La calandratura è un processo di deformazione plastica in cui si modifica il profilo di una lamiera conferendogli una curvatura. Ciò viene eseguito tramite una macchina utensile chiamata calandra. Le calandre sono composte da tre rulli ad assi paralleli, di cui due inferiori folli e uno superiore motorizzato che garantisce l’avanzamento della lamiera da calandrare. La posizione relativa dei tre rulli può essere regolata in modo da variare il raggio finale della lamiera calandrata. Inclinando gli assi dei rulli, è invece possibile ottenere delle lamiere coniche anziché cilindriche.
Per eseguire la calandratura, in genere si eseguono più passaggi con raggi sempre più stretti fino al raggiungimento del raggio desiderato. La variante a 4 rulli adotta un rullo addizionale e risulta essere più performante e molto più veloce.

Satinatrici per finitura metalli

Le satinatrici sono macchine utensili impiegate per la finitura superficiale di manufatti. Tale lavorazione si utilizza quando è necessario:

• satinare un componente che inizialmente non è satinato;
• ripristinare la satinatura a un componente la cui satinatura è stata compromessa con graffi/scalfitture;
• rimuovere le imperfezioni dei cordoni di saldatura e ripristinare la continuità di materiale (si pensi ad esempio a cordoni TIG a vista);
• rimuovere delle bave dagli spigoli del pezzo (taglio laser, taglio al plasma, ossitaglio );
• preparare la superficie per ulteriori finiture (trattamenti galvanici, verniciatura, incollaggio).

Satinatrici per superfici piane

Le satinatrici possono essere usate sia per lavorare superfici piane, in cui il pezzo viene appoggiato su un corto nastro trasportatore e un nastro abrasivo leviga la superficie superiore del pezzo, che per tubi cilindrici, in cui il funzionamento della calandra è basato sullo stesso principio di funzionamento della rettifica senza centri.
Per operazioni ripetitive su pezzi complessi è conveniente adottare delle cabine di spazzolatura automatica in cui un robot antropomorfo esegue la spazzolatura, prendendo il pezzo con delle apposite dime e levigandolo su delle mole o su dei nastri abrasivi.