TL;DR

Le grinze nella stampaggio del metallo sono causate principalmente da sollecitazioni di compressione circonferenziali nell'area della flangia quando il diametro della lamiera viene ridotto al diametro della coppa. Quando il materiale non riesce a comprimersi su se stesso, si instabilizza e si ripiega.

Il metodo di prevenzione più efficace consiste nell'applicare la corretta Forza del Premilamiere (BHF) pressione del premistampa 2,5 N/mm² è il valore di riferimento standard per l'acciaio. I controlli secondari includono l'uso di righe di imbutitura ribletti o nervature raggi degli stampi i raggi degli spigoli

La Fisica delle Grinze: Perché il Metallo si Ripiega

Per prevenire efficacemente la formazione di grinze, gli ingegneri devono innanzitutto comprendere il meccanismo della instabilità compressiva durante la stampaggio in profondità, una lamiera piana viene trasformata in una forma tridimensionale. Mentre il materiale fluisce dal bordo esterno della lamiera verso la cavità della matrice, la circonferenza diminuisce. Questa riduzione costringe il materiale a comprimersi tangenzialmente (tensione circonferenziale). Se questa tensione compressiva supera la tensione critica di instabilità del materiale, il metallo ondula o si piega, creando grinze.

Questo fenomeno è regolato dal Rapporto limite di tranciatura (LDR) —la relazione tra il diametro della lamiera e il diametro del punzone. Quando la lamiera è troppo grande rispetto al punzone, la quantità di materiale che si "accumula" nella flangia diventa ingestibile, portando a un grave ispessimento. Se l'interstizio tra la superficie della matrice e il premilamiera non è rigorosamente controllato per compensare questo ispessimento (consentendo tipicamente solo un gioco del 10-20% superiore allo spessore nominale), il materiale si imbucherà nello spazio vuoto.

La formazione di grinze si manifesta in due forme principali: Flancelle rugose (Primo ordine), che si verifica nella zona sotto il legante, e Le rughe della parete (Seconda-Ordine), che avviene nella regione non supportata tra il raggio di stampo e il raggio di foratura. L'identificazione del punto di inizio della rughe è il primo passo nella diagnosi: le rughe delle flange suggeriscono una pressione insufficiente del legante, mentre le rughe delle pareti spesso indicano un raggio di stampo eccessivo o una scarsa adattamento del materiale.

Soluzione primaria: ottimizzazione della forza del portatore di vuoto (BHF)

La Piastra di serraggio (o legante) è la variabile di controllo primaria per prevenire le rughe. La sua funzione è quella di applicare una pressione sufficiente alla flangia per sopprimere la flessione, consentendo al contempo al materiale di fluire nella matricola. Se la pressione è troppo bassa, si formano rughe; se è troppo alta, il materiale si lacerà (fracture) perché non può fluire.

Secondo le norme del settore, la pressione specifica richiesta varia notevolmente a seconda del tipo di materiale. Una regola pratica per l'installazione iniziale è:

• Acciaio: ~2,5 N/mm2
• Leghe di Rame: 2,0 2,4 N/mm2
• Leghe di Alluminio: 1.2 1.5 N/mm2

Gli ingegneri devono calcolare la forza richiesta in base all'area proiettata della flangia sotto il premifoglia. È consigliabile aggiungere un fattore di sicurezza di circa il 30% a questo calcolo durante la fase di progettazione, poiché è più facile ridurre la pressione sul torchio piuttosto che generare una forza superiore a quella prevista dal progetto.

Per parti complesse, una pressione uniforme è spesso insufficiente. Configurazioni avanzate utilizzano sistemi a pressione variabile (cuscinetti idraulici o a azoto) in grado di regolare la forza durante tutta la corsa — applicando inizialmente una pressione elevata per fissare la flangia e riducendola man mano che la parte si approfondisce, per evitare strappi. L'uso di spaziatori o blocchi equilibratori (blocchi di arresto) è fondamentale per mantenere un gioco preciso leggermente superiore allo spessore del materiale, assicurando che il premifoglia non schiacci semplicemente la lamiera ma la trattenga efficacemente.

Controlli di Progettazione degli Stampi: Rigature e Raggi

Quando la sola pressione non riesce a controllare il flusso del materiale — situazione frequente nei componenti automobilistici non simmetrici — righe di imbutitura sono la soluzione ingegneristica richiesta. I tiranti di trattenuta sono delle nervature rilevate sul morsetto che costringono il materiale a piegarsi e dispiegarsi prima di entrare nella cavità dello stampo. Questa azione meccanica crea una forza di ritenzione indipendente dall'attrito, consentendo un controllo preciso del flusso locale.

La geometria della raggio dello stampo è ugualmente critico. Un raggio troppo piccolo restringe il flusso e provoca strappi, ma un raggio troppo troppo grande riduce l'area di contatto e la tensione efficace sulla flangia, inducendo il materiale a fluire troppo liberamente e a formare grinze. Il raggio dello stampo deve essere perfettamente lucidato e geometricamente preciso per mantenere il "punto ottimale" di tensione.

Inoltre, la rigidità dello stesso utensile è importante. Se lo la piastra strumento non è abbastanza spesso, potrebbe flettersi sotto la pressione, creando una distribuzione irregolare della pressione. I perni guida devono essere abbastanza robusti da impedire qualsiasi movimento laterale delle parti superiore e inferiore dell'utensile, il che causerebbe spazi irregolari e grinze localizzate.

Variabili di processo: Lubrificazione e selezione del materiale

L'attrito è un'arma a doppio taglio nella tranciatura profonda. Mentre lubrificazione è essenziale per prevenire grippaggio e strappo, una lubrificazione eccessiva (troppo scivolamento) può effettivamente peggiorare la formazione di grinze se la forza del premilamiere non viene aumentata per compensare. Il materiale scorre così facilmente che il bordo non riesce a generare abbastanza attrito da contrastare le forze di instabilità. Assicurarsi che il lubrificante venga applicato in modo uniforme e che gli ugelli siano fissati in posizione.

Proprietà del materiale determinano anche la finestra operativa del processo. Per applicazioni in acciaio inossidabile, sostituire il materiale standard 304con 304L può migliorare significativamente l'imbutibilità. L'304L ha un limite di snervamento più basso (circa 35 KSI rispetto ai 42 KSI del 304), il che significa che oppone minore resistenza al flusso e indurisce più lentamente durante la deformazione, riducendo la forza necessaria per mantenerlo piatto. Verificare sempre che il materiale grezzo sia specificato come "Deep Draw Quality" (DDQ) per minimizzare l'anisotropia.

Anche con un design perfetto, la capacità fisica del vostro partner di produzione è un fattore limitante. Per i componenti automobilistici di grande volume come braccia di controllo o sottofissure, la precisione non è negoziabile. Produttori come Shaoyi Metal Technology le presse a leva con capacità fino a 600 tonnellate e la certificazione IATF 16949 per colmare il divario tra la prototipazione rapida e la produzione di massa. La collaborazione con uno specialista garantisce che i calcoli teorici di BHF siano corrispondenti alla capacità effettiva dell'attrezzatura, prevenendo i difetti prima che raggiungano la catena di montaggio.

Lista di controllo di risoluzione dei problemi: un protocollo passo-passo

Quando le rughe compaiono sulla linea di produzione, seguire questo flusso di lavoro diagnostico sistematico per isolare la causa principale:

1. Controlla la stampa: Controllare la presenza di giubbotti usurati o di non parallelizzazione. Se il montone non è quadrato, la distribuzione della pressione sarà irregolare.
2. Verifica le specifiche del materiale: Lo spessore del materiale è coerente? Misurate il bordo della bobina; variazioni anche di 0,003 pollici possono influenzare il vuoto del legante.
3. Controlla gli scontri. I blocchi di arresto stanno impostando il giusto spazio? Se sono usurati o allentati, il premilamiere potrebbe "toccare fondo" prima di applicare forza alla lamiera.
4. Regolare la Forza del Premilamiere Gradualmente: Aumentare la pressione del premilamiere a piccoli incrementi. Se le grinze persistono ma iniziano le lacerazioni, la finestra del processo è diventata troppo stretta: valutare l'uso di nervature di trafilatura o modifiche alla lubrificazione.
5. Verificare la Lubrificazione: Controllare se la miscela di lubrificante è troppo concentrata o applicata in eccesso nell'area della flangia.
6. Esaminare la Superficie degli Utensili: Cercare segni di grippaggio sulle nervature di trafilatura o sui raggi che potrebbero causare una resistenza irregolare.

Gestire il Flusso

Evitare la formazione di grinze non significa eliminare la forza, ma gestirla con precisione. Richiede un approccio olistico che bilanci la tensione circonferenziale con i parametri tecnici della forza del premilamiere, della geometria dell'utensile e della selezione del materiale. Trattando il processo di stampaggio come un sistema di variabili interconnesse anziché come passaggi isolati, i produttori possono ottenere componenti trafilati profondi costanti e privi di difetti.

Il successo sta nei dettagli: il calcolo preciso della pressione in N/mm², il posizionamento strategico dei cordoni di trafilatura e la disciplina nel mantenere le condizioni del torchio e degli utensili. Con questi controlli, anche le geometrie più complesse possono essere formate in modo affidabile.

Domande frequenti

1. Come si calcola la forza corretta del premilamiere?

Il calcolo di base prevede la moltiplicazione dell'area della flangia (sotto il bordo) per la pressione specifica richiesta per il materiale. Per l'acciaio dolce, utilizzare circa 2,5 N/mm² (MPa). Aggiungere sempre un margine di sicurezza (ad esempio +30%) ai requisiti di capacità del torchio per consentire regolazioni durante la messa a punto.

2. Un eccesso di lubrificante può causare grinze?

Sì. Il lubrificante riduce l'attrito, che è una delle forze che contribuisce a limitare il flusso del materiale. Se l'attrito diminuisce significativamente senza un corrispondente aumento della forza del premilamiere, il materiale potrebbe fluire troppo liberamente nella cavità dello stampo, causando instabilità e grinze.

3. Qual è la differenza tra grinzatura e strappo?

Le grinze e le lacerazioni sono modalità di guasto opposte. Le grinze sono causate da compressione eccessiva e insufficiente restrizione del flusso (materiale allentato). La lacerazione (rottura) è causata da trazione eccessiva e troppa restrizione del flusso (materiale teso). L'obiettivo dello stampatore è trovare la "finestra di processo" tra questi due difetti.