TL;DR

L'incrinatura nelle matrici di tranciatura è un guasto critico nella produzione, causato principalmente da sollecitazioni eccessive, difetti del materiale, errori operativi e una progettazione inadeguata dell'utensile. Le cause principali includono tensioni localizzate di compressione che portano all'indurimento da deformazione, la liberazione di tensioni interne all'interno del materiale e difetti metallurgici presenti sia nella matrice che nel pezzo in lavorazione. Anche una lubrificazione insufficiente, un'allineatura impropria delle attrezzature e una geometria della matrice difettosa—come raggi o giochi errati—contribuiscono in modo significativo al prematuro guasto della matrice.

Comprendere la differenza fondamentale: incrinatura vs. spacco

Prima di diagnosticare un guasto, è essenziale distinguere tra rottura per trazione e spaccatura, poiché le cause alla radice e le soluzioni sono fondamentalmente diverse. Identificare in modo errato la modalità di guasto porta spesso ad azioni correttive sbagliate e inefficaci. Sebbene entrambi i casi portino allo scarto del pezzo, originano da stati di sollecitazione opposti.

Divisi è un guasto di tipo a trazione. Si verifica quando il metallo viene stirato oltre la sua capacità massima di allungamento. Questo processo è spesso preceduto da un assottigliamento visibile del materiale noto come “riduzione di sezione”. Immaginate di tirare un pezzo di caramella fino a quando si assottiglia al centro e infine si strappa. In un processo di imbutitura, la spaccatura appare tipicamente come una rottura orizzontale vicino al raggio della punzonatura, dove il materiale è stato stirato troppo sottilmente. Le soluzioni più comuni prevedono l'aumento del raggio del punzone, il miglioramento della lubrificazione o l'utilizzo di un materiale con migliori proprietà di allungamento.

Fessurazione , al contrario, è un cedimento per compressione. È causato da una compressione eccessiva localizzata, che rende il materiale eccessivamente indurito e fragile in una zona specifica. Come descritto in un'analisi effettuata da Il Produttore , questa modalità di rottura fa sì che il metallo nella zona di rottura risulti più spesso rispetto allo stato originale. Le crepe spesso si presentano come rotture verticali e sono sempre più comuni con acciai ad alta resistenza e acciai inossidabili. Tentare di riparare una crepa con una soluzione prevista per una fessurazione peggiorerà soltanto il problema.

Per facilitare una corretta diagnosi, considerare queste differenze fondamentali:

Cause legate al materiale e difetti intrinseci

Le proprietà fisiche e chimiche sia del pezzo in lavorazione che dello stampo stesso sono spesso alla base della formazione di crepe. I guasti originati dal materiale possono essere subdoli, ma hanno conseguenze significative sul rendimento produttivo e sulla durata dello stampo. Questi problemi possono essere suddivisi principalmente in difetti del materiale grezzo utilizzato nella tranciatura e in difetti del materiale impiegato nella costruzione dello stampo.

Per il pezzo in lavorazione, una scelta inadeguata del materiale grezzo è la causa principale. Materiali con bassa plasticità o un elevato indice di indurimento a freddo, come l'acciaio inossidabile austenitico, sono particolarmente soggetti a tali problemi. Durante la deformazione, questi materiali possono subire una trasformazione di fase che induce la formazione di una struttura martensitica fragile, rendendoli propensi alla creazione di crepe, come spiegato dagli esperti di Kanou Mould . Inoltre, imperfezioni superficiali sulla barra, come intagli o grippaggi, possono interrompere il regolare flusso del materiale nella filiera, causando fratture, un problema comune evidenziato da Formatura precisa .

Sul lato degli utensili, la qualità del materiale della filiera è fondamentale. Una filiera realizzata in carburo di scarsa qualità, ad esempio, può portare a un guasto catastrofico. Un'analisi approfondita dei guasti pubblicata su The Fabricator's Tube & Pipe Journal indica difetti metallurgici come la porosità derivante da una sinterizzazione inadeguata come causa principale. Quando la polvere di carburo non viene sinterizzata correttamente, i componenti tungsteno e cobalto non si combinano adeguatamente, riducendo l'integrità strutturale della filiera e la sua capacità di resistere alle sollecitazioni di trafilatura. Ciò crea punti deboli in cui le crepe possono facilmente formarsi e propagarsi.

Per ridurre al minimo questi guasti legati ai materiali, diverse strategie si rivelano efficaci:

• Selezione dei materiali: Scegliere materiali con buona duttilità e capacità di formatura per l'applicazione prevista. Per i materiali che induriscono notevolmente per deformazione, prevedere un trattamento termico intermedio per ripristinare la duttilità.
• Controllo qualità: Attuare un controllo rigoroso dei materiali grezzi in entrata per verificare la presenza di difetti superficiali o irregolarità nello spessore.
• Specifica del materiale della matrice: Richiedere materiali di alta qualità, in carburo correttamente sinterizzato o altri acciai per utensili adeguati, da fornitori affidabili. Assicurarsi che il materiale della matrice sia adatto alle sollecitazioni derivanti dall'estrusione dei specifici materiali del pezzo in lavorazione.

Guasti operativi: sollecitazioni del processo, lubrificazione e allineamento

Anche con materiali e progettazione della matrice perfetti, errori nel processo di estrusione stesso rappresentano una causa significativa di crepe. Questi guasti operativi derivano spesso dall'interazione complessa tra sollecitazioni, attrito e configurazione meccanica. Per affrontarli, è necessario un attento monitoraggio e controllo dell'ambiente produttivo.

Una delle cause più fondamentali è la liberazione delle tensioni interne . Come osservato da diverse fonti del settore, lo stress interno è un sottoprodotto inevitabile della produzione metallurgica. Durante il processo di imbutitura, questi stress accumulati vengono rilasciati, manifestandosi come crepe, a volte immediatamente dopo la formatura o persino dopo un periodo di stoccaggio. Ciò è particolarmente vero per materiali con un elevato indice di incrudimento.

Lubrificazione insufficiente è un altro guasto operativo critico. I lubrificanti formano un film protettivo tra la matrice e il pezzo in lavorazione, riducendo l'attrito e il calore. Quando questo film si degrada, si verifica un contatto metallo-metallo, che provoca grippaggio, aumento delle forze di imbutitura e, in ultima analisi, fratture. La scelta del lubrificante è fondamentale; per materiali difficili come l'acciaio inossidabile, potrebbero essere necessari lubrificanti specializzati come film in PVDF per mantenere una barriera efficace.

Infine, squilibrio meccanico può introdurre sollecitazioni irregolari che causano un prematuro guasto della filiera. Una puleggia usurata che alimenta il filo nella filiera con un angolo errato, ad esempio, crea un profilo di usura inconsistente. Questo concentra la sollecitazione su punti specifici all'interno della filiera, portando a usura localizzata e fessurazioni. Come mostrato in un caso studio, il problema non era la filiera, ma la puleggia scanalata a monte che causava il disallineamento.

Gli operatori possono utilizzare il seguente elenco di controllo per diagnosticare e prevenire guasti operativi:

• Controllo lubrificazione: Verificare che il sistema di lubrificazione funzioni correttamente e che venga utilizzato il lubrificante appropriato per il materiale e il processo.
• Verifica dell'allineamento: Ispezionare regolarmente tutti i componenti del banco di trafilatura, inclusi pulegge e guide, per verificarne l'usura e assicurarsi del corretto allineamento del pezzo in ingresso alla filiera.
• Controllo dei parametri: Assicurarsi che le velocità di trafilatura e i rapporti di riduzione rientrino nei limiti raccomandati per il materiale in lavorazione.
• Gestione dello Stato di Tensione: Per i materiali soggetti a cricche ritardate, si dovrebbero prendere in considerazione trattamenti termici di distensione il prima possibile dopo la formatura.

Progettazione difettosa dello stampo e costruzione scadente

La qualità della progettazione e della costruzione dello stampo di tranciatura è fondamentale per le prestazioni e la durata. Difetti in uno qualsiasi di questi aspetti possono creare concentrazioni di tensione e problemi nel flusso del materiale che portano direttamente alla formazione di cricche, indipendentemente dalla qualità del materiale o dalla precisione operativa. Uno stampo ben progettato favorisce un flusso regolare del materiale, mentre uno stampo mal progettato si oppone a tale flusso.

I difetti progettuali più comuni includono geometrie non corrette. Ad esempio, se i raggi di punzone e stampo sono troppo piccoli (troppo vivi), possono impedire al materiale di fluire nella cavità dello stampo, aumentando la tensione di trazione e causando fratture. Al contrario, se il raggio è troppo grande, può provocare grinze. Secondo CNstamping , un'errata distanza tra punzone e matrice è un'altra causa frequente di rottura. Allo stesso modo, una lunghezza insufficiente dell'angolo di attacco concentra la pressione di imbutitura in un'area troppo ridotta, espellendo il lubrificante e causando grippaggio e rottura.

Una costruzione scadente può compromettere anche un design perfetto. L'accoppiamento tra l'inserito in carburo e la carcassa in acciaio è fondamentale sia per il supporto meccanico che per la dissipazione del calore. Se l'inserito non è completamente supportato, ad esempio a causa di un diametro interno conicità nella carcassa, non sarà in grado di resistere alle forze di trafilatura e si romperà. È essenziale un corretto montaggio termico dell'inserito nella carcassa, al fine di garantire la massima superficie di contatto, consentendo così alla carcassa di fungere da dissipatore di calore e impedire il surriscaldamento dell'inserito.

Per evitare questi problemi, è fondamentale collaborare con un produttore di stampi esperto e con solida esperienza. Un professionista specializzato può garantire che lo stampo sia progettato e realizzato correttamente per l'applicazione specifica, tenendo conto delle proprietà del materiale, della svasatura e degli sforzi operativi. Ad esempio, specialisti come Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. utilizzano simulazioni avanzate CAE per ottimizzare la progettazione degli stampi e applicano consolidate competenze nella gestione dei progetti per fornire attrezzature di alta qualità e affidabili per applicazioni complesse come lo stampaggio automotive.

Le considerazioni chiave per la progettazione e la costruzione degli stampi includono:

• Geometria Ottimizzata: Assicurarsi che raggi, giochi e angoli di avvicinamento siano adattati al materiale specifico e alla geometria del pezzo.
• Supporto Adeguato degli Inserti: Utilizzare inserti rettificati senza centri e garantire che siano completamente supportati all'interno della carcassa per massimizzare il trasferimento del calore e la resistenza meccanica.
• Flusso del Materiale: Per materiali non squadrati, prendere in considerazione soluzioni con angoli conici rientranti per impedire che gli spigoli vivi penetrino nelle piane dello stampo.
• Collaborazione con Esperti: Collaborare strettamente con i fornitori di utensili per convalidare i progetti e garantire il rispetto di pratiche costruttive di alta qualità.

Domande frequenti

1. Qual è la ragione per cui il blocco della matrice si rompe durante il processo di formatura?

Un blocco della matrice può rompersi per diversi motivi, principalmente legati allo stress e all'integrità del materiale. Le cause principali includono la concentrazione di stress derivante da un design difettoso della matrice o da un'allineamento errato, che concentra una forza immensa su una piccola area. Un altro fattore importante è la distribuzione irregolare dei carburi nell'acciaio dell'utensile, che crea punti deboli. Infine, le alte temperature durante il funzionamento possono ridurre la resistenza del materiale alla frattura, specialmente se la matrice non viene raffreddata adeguatamente.

2. Cosa causa la formazione di crepe nei metalli?

Le fessurazioni nel metallo sono generalmente causate da sollecitazioni che superano la resistenza del materiale. Questo può verificarsi in diversi modi, tra cui sovraccarico meccanico dovuto a forze applicate (come in un processo di trafilatura), tensioni termiche derivanti da riscaldamento o raffreddamento rapido, tensioni interne residue di precedenti fasi produttive e fattori ambientali come la corrosione, che indeboliscono il materiale nel tempo. Difetti del materiale come porosità o inclusioni agiscono inoltre da punti di partenza per le crepe.

3. Cosa causa la maggior parte delle crepe nella formatura della lamiera?

Nella formatura della lamiera, la maggior parte delle crepe è causata da una deformazione eccessiva localizzata. Ciò si verifica spesso a causa di un'errata tolleranza tra punzone e matrice, quando l'interstizio tra questi elementi è troppo ridotto, costringendo il metallo a tagliarsi o rompersi. Un'allineamento improprio può inoltre generare sollecitazioni irregolari, portando al cedimento. Un'altra causa comune è il supporto o il fissaggio insufficiente del materiale, che permette alla lamiera di allungarsi in modo non uniforme superando il suo limite di allungamento, con conseguenti strappi o crepe.