TL;DR

Il galling negli stampi è una forma distruttiva di usura adesiva, spesso chiamata "saldatura a freddo", in cui l'utensile e il pezzo si fondono a livello microscopico a causa di attrito e calore eccessivi. La prevenzione richiede un approccio ingegneristico multilivello piuttosto che una singola soluzione rapida. Le tre principali linee di difesa sono: ottimizzare la progettazione dello stampo aumentando il gioco tra punzone e matrice nelle zone di addensamento (come gli angoli di imbutitura), selezionare materiali utensili dissimili (ad esempio Bronzo di Alluminio) per eliminare l'affinità chimica, e applicare rivestimenti avanzati come TiCN o DLC solo dopo che la superficie è stata perfettamente lucidata. Regolazioni operative, come l'uso di lubrificanti ad Estrema Pressione (EP) e la riduzione della velocità della pressa, fungono da misure finali di contrasto.

La Fisica del Galling: Perché Si Verifica la Saldatura a Freddo

Per prevenire la grippaggio, si deve innanzitutto comprendere che esso è fondamentalmente diverso dall'usura abrasiva. Mentre l'usura abrasiva è simile a carteggiare il legno con carta vetrata grossa, il grippaggio è un fenomeno di usura adesiva . Si verifica quando gli strati ossidici protettivi sulle superfici metalliche si rompono sotto la pressione enorme della pressa da stampaggio. Quando ciò accade, il metallo chimicamente attivo "virginale" del pezzo in lavorazione entra in contatto diretto con l'acciaio dell'utensile.

A livello microscopico, le superfici non sono mai perfettamente lisce; sono composte da picchi e valli noti come asperità. Sotto elevate tonnellate, queste asperità si incastrano generando un intenso calore localizzato. Se i due metalli presentano affinità chimica—come nell'acciaio inossidabile e nell'acciaio per utensili D2, che contengono entrambi elevate quantità di cromo—possono formare legami atomici. Questo processo è noto come migrazione superficie-superficie o saldatura a freddo . Mentre l'utensile continua a muoversi, questi legami saldati si rompono per taglio, strappando frammenti di materiale dalla superficie più morbida e depositandoli sull'utensile più duro. Questi depositi, o "galle", agiscono quindi come aratri, causando graffi catastrofici sui pezzi successivi.

Prima linea di difesa: progettazione e geometria della matrice

L'equivoco più comune nel settore è che i rivestimenti possano risolvere qualsiasi problema di usura. Tuttavia, gli esperti del settore avvertono che se la causa radicale è meccanica, applicare un rivestimento equivale semplicemente a "mascherare il problema". Il principale responsabile meccanico è spesso una mancanza di gioco tra Punzone e Matrice , in particolare nei pezzi stampati in profondità.

Nella tranciatura profonda, la lamiera subisce una compressione nel piano mentre scorre nella cavità della matrice, causando un ispessimento naturale del materiale. Se la progettazione della matrice non tiene conto di questo ispessimento, in particolare nei lati verticali degli angoli di tranciatura, l'interstizio scompare. La matrice di fatto "schiaccia" il materiale, generando picchi di attrito elevatissimi che nessuna quantità di lubrificante riesce a superare. Secondo MetalForming Magazine , una misura preventiva fondamentale consiste nell'asportare materiale per creare un interstizio aggiuntivo (spesso pari al 10-20% dello spessore del materiale) in queste zone di ispessimento.

Per produzioni complesse, come bracci di controllo o telai per autoveicoli, la previsione di queste zone di ispessimento richiede un'ingegnerizzazione avanzata. È in questo contesto che collaborare con produttori specializzati diventa un vantaggio strategico. Aziende come Shaoyi Metal Technology sfruttare analisi avanzate CAE e protocolli certificati IATF 16949 per ingegnerizzare questi giochi di tolleranza nella fase di progettazione degli stampi, garantendo che la stampaggio automobilistico in alta serie rimanga esente da grippaggi fin dal primo colpo.

Un altro fattore geometrico è la direzione della lucidatura i produttori di stampi devono lucidare le sezioni dello stampo parallelo nella direzione del movimento di punzonatura o tranciatura. Una lucidatura trasversale lascia solchi microscopici che agiscono come lima abrasiva sul pezzo in lavorazione, accelerando la rottura del film lubrificante.

Scienza dei materiali: la strategia dei "metalli dissimili"

Quando si effettua lo stampaggio dell'acciaio inossidabile o di leghe ad alta resistenza, la scelta dell'acciaio per utensili è fondamentale. Un comune modo di guasto consiste nell'utilizzare acciaio per utensili D2 per stampare acciaio inossidabile. Poiché il D2 contiene circa il 12% di cromo e anche l'acciaio inossidabile utilizza il cromo per la resistenza alla corrosione, i due materiali presentano una elevata "compatibilità metallurgica". Tendono ad attaccarsi tra loro.

La soluzione consiste nell'utilizzare metalli Dissimili per rompere questa affinità chimica. Per applicazioni con forte tendenza all'innesco, i materiali in bronzo tecnico, in particolare Bronzo alluminoso , sono spesso superiori agli acciai da utensile convenzionali. Sebbene il Bronzo di Alluminio sia più morbido dell'acciaio, possiede un'eccellente lubrificità e conducibilità termica, e soprattutto non si salda a freddo ai substrati ferrosi. L'uso di inserti o bocce in Bronzo di Alluminio in aree ad alto attrito può eliminare l'usura adesiva là dove i materiali più duri falliscono.

Se è richiesto l'acciaio da utensile per la tenacità, si possono considerare gradi di Metallurgia delle Polveri (PM) (come CPM 3V o M4). Questi offrono una distribuzione più fine dei carburi rispetto al D2 convenzionale, fornendo una superficie più liscia e meno soggetta a innescare il ciclo di usura adesiva.

Trattamenti superficiali avanzati e rivestimenti

Una volta ottimizzate meccanica e materiali, i rivestimenti superficiali costituiscono la barriera finale. I rivestimenti mediante Deposizione Fisica da Vapore (PVD) sono standard nella stampaggio moderno, ma la scelta della giusta composizione chimica è fondamentale.

• TiCN (Nitruro di Titanio e Carbonio): Un rivestimento eccellente per usi generali che offre una durezza maggiore e una minore frizione rispetto al TiN standard. È ampiamente utilizzato nella formatura di acciai ad alta resistenza.
• DLC (Carbonio tipo Diamante): Noto per il suo coefficiente di attrito estremamente basso, il DLC è la scelta premium per l'alluminio e le applicazioni difficili su metalli non ferrosi. Ne imita le proprietà del grafite, permettendo al pezzo in lavorazione di scivolare con resistenza minima.
• Di peso superiore a 20 g/m2 Un processo di diffusione piuttosto che un rivestimento: la nitrurazione indurisce la superficie stessa dell'acciaio utensile. Viene spesso utilizzata come trattamento preliminare prima dell'applicazione di rivestimenti PVD per prevenire l'"effetto guscio d'uovo", in cui un rivestimento duro si incrina a causa di un substrato sottostante troppo morbido.

Avviso Critico: Un rivestimento è efficace quanto la preparazione del substrato. La superficie dell'utensile deve essere lucidata fino a ottenere una finitura speculare prima rivestimento. Eventuali graffi o asperità esistenti verranno semplicemente riprodotti dal rivestimento, creando picchi duri e taglienti che attaccheranno aggressivamente il pezzo in lavorazione.

Contromisure Operative: Lubrificazione e Manutenzione

Sul pianale di produzione, gli operatori possono ridurre i rischi di grippaggio attraverso un rigoroso controllo del processo. La prima variabile è lubrificazione . Per la prevenzione del grippaggio, oli semplici spesso non sono sufficienti. Il processo richiede lubrificanti con additivi ad Alta Pressione (EP) (come zolfo o cloro) o barriere solide (come grafite o disolfuro di molibdeno). Questi additivi formano un "film tribologico" che separa i metalli anche quando l'olio liquido viene espulso dalla pressione.

Gestione del calore è il secondo parametro operativo. Il grippaggio è termicamente attivato; temperature più elevate ammorbidiscono il pezzo in lavorazione e favoriscono l'adesione. Se si verifica grippaggio, provare a ridurre la velocità della pressa (colpi al minuto). Ciò riduce la temperatura del processo e concede al lubrificante più tempo per ripristinarsi tra un colpo e l'altro. Rolleri suggerisce inoltre di adottare una sequenza di taglio a "ponte" nelle operazioni di punzonatura, alternando i colpi per evitare l'accumulo localizzato di calore e materiale.

Infine, la manutenzione ordinaria deve essere proattiva. Non aspettare che si formi un grippaggio. Attua un programma di levigatura e pulizia dei raggi degli stampi, rimuovendo l'incollaggio microscopico prima che diventi un grumo dannoso. Gli utensili affilati riducono la forza necessaria per formare il pezzo, riducendo così l'attrito e il calore che alimentano il fenomeno del grippaggio.

Integrare l'affidabilità ingegneristica nel processo

Prevenire il grippaggio degli stampi non è una questione di fortuna; è una disciplina basata sulla fisica e sull'ingegneria. Rispettando le leggi dell'attrito — garantendo un'adeguata tolleranza per il flusso del materiale, scegliendo materiali chimicamente incompatibili e mantenendo un film barriera di lubrificante — i produttori possono eliminare praticamente il saldamento a freddo. Il costo di un'analisi progettuale iniziale e di materiali premium è irrisorio rispetto ai tempi di fermo dovuti a uno stampo bloccato o al tasso di scarto di pezzi rigati. Affronta la causa radicale, non il sintomo, e l'affidabilità produttiva seguirà.

Domande frequenti

1. Come si riduce il grippaggio negli stampi da tranciatura?

Per ridurre il grippaggio, concentrarsi su tre aspetti: Meccanica, Materiali e Lubrificazione. In primo luogo, assicurarsi che il gioco tra punzone e matrice sia sufficiente (aggiungendo dal 10% al 20% in più nelle zone di ispessimento). In secondo luogo, utilizzare metalli dissimili come bronzo di alluminio o acciai PM rivestiti per prevenire la saldatura a freddo. In terzo luogo, impiegare lubrificanti ad alta viscosità con additivi ad Estrema Pressione (EP) per mantenere un film protettivo sotto carico.

2. L'antigrippaggio previene il grippaggio?

Sì, i composti anti-grippaggio possono prevenire il grippaggio introducendo lubrificanti solidi (come rame, grafite o molibdeno) tra le superfici. Questi solidi forniscono una barriera fisica che mantiene separati i metalli accoppiati anche quando alte pressioni espellono gli oli liquidi. Tuttavia, l'anti-grippaggio è una soluzione operativa localizzata e non corregge difetti progettuali sottostanti come tolleranze troppo strette.

3. Qual è la causa principale del grippaggio?

La causa principale del grippaggio è usura adesiva azionato da attrito e calore. Quando l'elevata pressione rompe il film protettivo di ossido sulle superfici metalliche, gli atomi esposti possono legarsi o "saldarsi" tra loro. Questo fenomeno è particolarmente comune quando l'utensile e il pezzo lavorato hanno composizioni chimiche simili (ad esempio, stampaggio dell'acciaio inossidabile con acciaio per utensili non rivestito), portando a un'elevata affinità metallurgica.