Capitolo uno: Che cos'è uno stampo per la tranciatura dei metalli?

La tranciatura dei metalli è un processo di formatura a freddo che inizia con una striscia di metallo, nota come grezzo o acciaio per utensili. Attraverso l'uso di uno o più stampi, questo metodo taglia e modella il metallo per ottenere la forma desiderata di lamiera o profilo. La forza applicata al grezzo ne modifica la geometria, inducendo tensioni che rendono il pezzo adatto alla piegatura o alla formatura in forme complesse. I pezzi stampati prodotti con questo metodo possono variare notevolmente in dimensioni, da eccezionalmente piccoli a estremamente grandi, a seconda dell'applicazione specifica.

La stampatura dei metalli, detta anche pressatura, comprende diverse tecniche come punzonatura, tranciatura, foratura, coniatura e molte altre operazioni. La precisione nella progettazione è essenziale per garantire che ogni punzone raggiunga una qualità ottimale.

Gli stampi utilizzati nella tranciatura sono strumenti specializzati, progettati per realizzare disegni specifici, che spaziano da semplici oggetti di uso quotidiano a complessi componenti per computer. Possono essere progettati per operazioni a funzione singola o come parte di una serie sequenziale di funzioni eseguite in fasi successive. Esistono quattro tipi di stampi per la tranciatura dei metalli: stampi a punzone singolo, stampi progressivi, stampi composti e stampi a trasferimento.

Quando si inizia a progettare uno stampo per tranciatura, è importante prestare attenzione all'acciaio e ai materiali, come indicato di seguito:

Se il materiale da stampare ha un'elevata durezza, come l'acciaio inossidabile, lo stampo deve essere realizzato in acciaio con una buona resistenza all'usura, come il Cr12MoV.

1.2 Per materiali morbidi, Per materiali come l'alluminio, il requisito di resistenza all'usura dello stampo è leggermente inferiore, ma è necessario considerare l'adesività del materiale per evitare che si attacchi allo stampo. È possibile scegliere un acciaio per stampi con buone proprietà antiaderenti.

Per gli stampi soggetti a carichi d'impatto elevati durante il funzionamento, come ad esempio gli stampi per la tranciatura di grandi coperture automobilistiche, il materiale deve possedere un'elevata tenacità e si possono selezionare acciai come l'SKD11.

Se l'ambiente di lavoro dello stampo presenta rischi di corrosione, come ad esempio un ambiente umido, è consigliabile scegliere un acciaio per stampi resistente alla corrosione, come l'acciaio inossidabile.

Per piccoli lotti, i requisiti prestazionali del materiale dello stampo possono essere opportunamente ridotti, e si possono selezionare materiali a basso costo come l'acciaio 45, eseguendo un trattamento termico adeguato per migliorarne le prestazioni.

Per grandi lotti, è consigliabile scegliere acciai per stampi ad alte prestazioni, elevata resistenza all'usura e lunga durata. Materiali come il carburo cementato possono essere utilizzati per la realizzazione di stampi per la produzione in serie.

Gli stampi di alta precisione richiedono una piccola deformazione del materiale, come nel caso dell'acciaio CrWMn, che presenta una bassa deformazione da tempra ed è adatto alla produzione di stampi per stampaggio di alta precisione.

Nell'ottica di soddisfare i requisiti di prestazione, vengono presi in considerazione in modo esaustivo il prezzo dell'acciaio per stampi, i costi di lavorazione, ecc. Ad esempio, alcuni nuovi acciai per stampi offrono buone prestazioni ma prezzi elevati, e occorre valutare attentamente il rapporto costi-benefici.

Una singola matrice o stampo per punzonatura è composta da uno stampo concavo e uno stampo per punzonatura, oppure da più stampi concavi e più stampi per punzonatura. Ogni punzone esegue una sola volta la formatura del foro o di una singola forma, poiché la sua struttura e funzione sono fisse e progettate per un processo specifico. Viene utilizzata per la lavorazione dei metalli e non può essere applicata ad altri processi. Solitamente è impiegata nella produzione su piccola o media scala, soprattutto in situazioni in cui è necessario modificare frequentemente la posizione o la forma della punzonatura. Può essere regolata e sostituita in modo flessibile durante il processo produttivo e il costo della singola matrice è contenuto. È adatta alla produzione di piccoli lotti di stampaggio metallico con processi relativamente semplici.

Innanzitutto, posizionare la piastra metallica da punzonare nell'area di lavoro della punzonatrice singola. Il pezzo viene spesso bloccato per garantirne la stabilità durante il processo di stampaggio. Il punzone della punzonatrice singola si abbassa, esercitando una forza d'impatto sul pezzo metallico. Si forma così il foro o la forma desiderata. Al termine dell'impatto, il punzone viene sollevato dal pezzo per prepararlo alla punzonatura successiva. Quindi si rimuove manualmente il pezzo e si ripete l'operazione.

2.1 Produzione più rapida: è possibile effettuare più tagli utilizzando diverse matrici.

2.2 Posizionamento del grezzo – Il caricamento e il riposizionamento del grezzo sono semplici. Può essere ruotato, capovolto e spostato con poco sforzo.

2.3 Geometrie complesse – Produce geometrie complesse senza bisogno di calcoli o regolazioni speciali.

2.4 Gestione degli stampi – Gli stampi sono più leggeri e meno costosi da gestire.

2.5 Attrezzatura – L'attrezzatura è più piccola e facilmente accessibile.

Lo stampo progressivo, detto anche stampo continuo, è uno stampo per stampaggio a freddo che utilizza materie prime stampate a forma di nastro in un'unica passata e impiega diverse stazioni per completare simultaneamente molteplici processi di stampaggio su un set di stampi. Ogni processo di stampaggio dello stampo viene completato una sola volta. Il nastro di materiale si muove a una distanza fissa e i pezzi tranciati vengono gradualmente formati nello stampo continuo. La formatura continua è un metodo di processo con processi concentrati, che consente di eseguire facilmente rifilatura, incisione, scanalatura, punzonatura, deformazione plastica e tranciatura. Tutti questi processi vengono completati su un unico stampo.

La filiera progressiva può completare più processi in un'unica passata. Di seguito è riportato il flusso di lavoro tipico di una filiera progressiva:

(1) La piastra o la striscia di metallo viene alimentata nello stampo progressivo sotto forma di bobina. Il sistema di alimentazione guida il materiale metallico per garantirne il posizionamento preciso nello stampo.

(2) Il sistema guida la striscia di metallo nello stampo, il sistema di bloccaggio assicura che la striscia di metallo rimanga stabile durante l'intero processo di stampaggio e il sistema di guida assicura che la striscia di metallo sia posizionata con precisione.

(3) Stampaggio del primo processo: Nel primo processo dello stampo progressivo, la striscia di metallo passa attraverso il primo punzone e la prima matrice per completare il primo processo di stampaggio, che può essere punzonatura, taglio o formatura, ecc.

(4) Il nastro metallico guida il pezzo in lavorazione che ha completato il primo processo verso la posizione del processo successivo attraverso il sistema mobile.

(5) Stampaggio del secondo processo: Nel secondo processo, la striscia di metallo passa attraverso un altro set di punzoni e matrici per completare il secondo processo. Questo processo viene ripetuto in tutto lo stampo, con ogni operazione completata su una striscia continua di metallo.

(6) Continuare finché il pezzo non supera tutti i processi previsti.

(7) Scarico: Dopo aver completato tutti i processi, il pezzo viene scaricato dallo stampo per l'operazione successiva, come l'assemblaggio o la lavorazione successiva.

3.1 Gli stampi progressivi sono ideali per la produzione di pezzi da semplici a moderatamente complessi, con forme ripetitive e caratteristiche uniformi.

3.2 Sono altamente efficienti per l'alimentazione continua del materiale e richiedono un intervento minimo da parte dell'operatore.

3.3 Gli stampi progressivi sono particolarmente adatti per lunghe serie di produzione con un design del pezzo costante.

3.4 Ciascuna stazione dello stampo è responsabile dell'esecuzione di un'operazione specifica, come il taglio, la piegatura, la punzonatura o la formatura, man mano che il nastro avanza.

Lo stampo composto è uno stampo per tranciatura che completa simultaneamente sia la foratura interna che la formatura esterna nella stessa stazione (può eseguire più operazioni di tranciatura contemporaneamente in un'unica passata). È possibile completare più processi in un'unica tranciatura, tra cui la foratura multipla o la sagomatura di diverse forme. Il design multi-processo combina, in una certa misura, i vantaggi degli stampi a punzone singolo e degli stampi progressivi.

Gli stampi compositi sono applicabili in numerose operazioni di stampaggio dei metalli. Quando un pezzo stampato in metallo richiede la realizzazione di più elementi contemporaneamente, e queste operazioni possono essere eseguite indipendentemente l'una dall'altra, è possibile utilizzare uno stampo composito. Gli stampi compositi consentono di realizzare più elementi stampati con ogni singola corsa della pressa. Inoltre, garantiscono un'eccellente planarità del pezzo.

4.1 Efficienza - Gli stampi composti tagliano pezzi complessi in un'unica passata, evitando la necessità di utilizzare più stampi.

4.2 Efficacia in termini di costi - La stampatura a matrice composita consente di produrre pezzi rapidamente, risparmiando tempo e denaro.

4.3 Velocità - La stampatura a matrice composita produce pezzi in pochi secondi e può produrre oltre 1000 pezzi in un'ora.

4.4 Ripetibilità - L'utilizzo di un unico stampo nella stampatura a stampo composto garantisce che ogni pezzo abbia le stesse dimensioni e la stessa configurazione.

Posizionare le materie prime da lavorare nell'apposita posizione tramite dispositivi automatici o manuali. Quando lo stampo superiore si abbassa sotto l'azione del cursore della pressa, lo stampo, il dispositivo di scarico e il punzone nello stampo superiore entrano in contatto con il nastro e continuano a pressurizzarlo; successivamente, i bordi esterni del punzone e lo stampo concavo agiscono sullo stampo e sul punzone, creando urti e avvallamenti. Il foro interno dello stampo viene contemporaneamente tranciato e punzonato per separare il pezzo dal nastro.

Le materie prime vengono formate direttamente dopo essere state stampate mediante lo stampo composito.

La tranciatura a trasferimento è simile alla tranciatura progressiva, ma i pezzi vengono trasferiti da una stazione all'altra tramite un sistema di trasferimento meccanico. Viene utilizzata principalmente quando i pezzi devono essere rimossi dal nastro per consentire l'esecuzione di operazioni in uno stato libero. Lo stampo di trasferimento può essere un singolo stampo o più stampi o macchine disposte in fila a formare una linea di produzione. Tipicamente viene utilizzata per produrre pezzi più complessi, dove ogni postazione di lavoro può eseguire diverse operazioni come punzonatura, piegatura, stiratura e altro ancora.

5.1 Gli stampi a trasferimento sono adatti per pezzi complessi che richiedono molteplici operazioni e un posizionamento preciso.

5.2 Sono in grado di produrre componenti complessi con tolleranze ristrette.

5.3 Gli stampi a trasferimento sono spesso utilizzati nelle produzioni ad alto volume grazie alla loro efficienza e alle capacità di automazione.

5.4 Il pezzo in lavorazione si sposta tra le stazioni e ciascuna stazione può eseguire operazioni come taglio, piegatura, punzonatura o coniatura.

La stampatura a trasferimento utilizza un dispositivo di trasmissione per spostare il pezzo in lavorazione. Dopo ogni stazione di stampaggio, il pezzo viene spostato meccanicamente o manualmente alla stazione successiva per la successiva fase di stampaggio. I sistemi di stampatura a trasferimento possono essere costituiti da più matrici singole distinte o da una serie di matrici.

In genere, acciaio, alluminio, rame, acciaio inossidabile e ottone sono comunemente utilizzati come materie prime per la stampatura.

6.1 La fustella a punzone singolo è semplice e flessibile, ma la velocità è bassa.

6.2 La stampatura progressiva consente di produrre pezzi con geometrie complesse in modo rapido, economico ed estremamente ripetibile.

6.3 La stampatura composita avviene in un'unica fase, quindi è adatta per pezzi con strutture relativamente semplici.

6.4 La matrice di trasferimento è adatta a situazioni in cui è necessario completare più processi in un'unica operazione.

Manutenzione

Rimuovere trucioli di metallo, detriti e residui di lubrificante dallo stampo dopo ogni utilizzo o a intervalli regolari. Utilizzare spazzole, soffiatori ad aria compressa o solventi detergenti (adatti al materiale dello stampo) per mantenere pulita la superficie dello stampo. Ad esempio, in un'operazione di stampaggio ad alto volume di componenti automobilistici, potrebbe essere necessario pulire lo stampo quotidianamente.

Applicare regolarmente il lubrificante appropriato per ridurre l'attrito tra le parti mobili dello stampo. Oli o grassi per stampaggio di alta qualità possono prevenire l'usura e il surriscaldamento. La frequenza di lubrificazione dipende dalla velocità di stampaggio e dal carico; per uno stampo utilizzato moderatamente, potrebbe essere necessaria la lubrificazione una volta alla settimana.

Verificare regolarmente la presenza di segni di usura, come segni di usura su punzoni e matrici, crepe o deformazioni. Utilizzare l'ispezione visiva, lenti d'ingrandimento o metodi di controllo non distruttivi come il controllo con particelle magnetiche. Ad esempio, controllare i taglienti delle matrici di tranciatura per individuare eventuali segni di smussatura ogni poche migliaia di cicli di stampaggio.

Affilatura o sostituzione di punzoni e matrici

Se i taglienti di punzoni e matrici si smussano, possono essere affilati per ripristinarne la capacità di taglio. Nei casi di usura grave, è necessario sostituire i componenti danneggiati. Ad esempio, un punzone utilizzato per forare potrebbe dover essere affilato dopo un certo numero di utilizzi per mantenere i bordi dei fori puliti.

Per piccole crepe o aree danneggiate sul corpo dello stampo, la saldatura può essere una valida opzione di riparazione. Tuttavia, è fondamentale utilizzare un processo di saldatura e un materiale d'apporto adatti al materiale dello stampo per garantire che l'area riparata abbia proprietà simili al materiale originale. Dopo la saldatura, il pezzo riparato richiede solitamente un trattamento termico e una lavorazione meccanica per ripristinare la sua forma e le sue dimensioni.

Se i componenti dello stampo si disallineano a causa di vibrazioni o urti durante la stampatura, è necessario regolarne l'allineamento. Ciò può comportare l'utilizzo di spessori o di meccanismi di regolazione di precisione per riallineare punzoni e stampi. Ad esempio, in uno stampo progressivo, il disallineamento può portare a una formazione imprecisa del pezzo e il riallineamento delle stazioni può correggere questo problema.

Uno stampo per la tranciatura dei metalli è uno strumento specializzato utilizzato nel processo di produzione. È progettato per tagliare, sagomare o modellare lamiere metalliche in forme e componenti specifici desiderati.

- In genere è costituito da più parti, come la matrice (comprese le due metà, superiore e inferiore), i punzoni e le cavità. I ​​punzoni vengono utilizzati per applicare forza al fine di deformare o tagliare il metallo.

Esistono 4 tipi di matrici per stampaggio, a seconda delle operazioni che svolgono: matrici per tranciatura, utilizzate per ritagliare forme da una lastra più grande; matrici per foratura, per creare fori; e matrici per piegatura, per piegare il metallo.

- Gli stampi sono realizzati con materiali come l'acciaio per utensili, in grado di resistere ad alte pressioni e impatti ripetuti durante il processo di stampaggio.

La precisione nella progettazione e nella produzione è fondamentale, poiché determina l'accuratezza e la qualità dei pezzi stampati. È necessario sottoporli a una corretta manutenzione per garantire prestazioni costanti e una lunga durata negli ambienti di produzione industriale, dove svolgono un ruolo chiave nella produzione in serie efficiente di componenti metallici.