Elementi essenziali dello stampo per stampaggio: imbutitura profonda

Nota dell'editore: questo è il quinto di una serie di articoli che presentano i fondamenti della progettazione e della costruzione degli stampi per stampaggio.

La trafilatura è un processo di formatura del metallo in cui viene controllato il flusso di materiale su un punzone o in una cavità. Nell'imbutitura profonda, la profondità del prodotto è due o più volte maggiore della sua larghezza o diametro.

L'imbutitura profonda viene utilizzata per le geometrie delle parti finite che richiedono una grande quantità di forma o forma, come filtri dell'olio, pentole e padelle, tazze e ciotole. Il processo richiede tipicamente un pezzo grezzo semisviluppato, ma alcune forme di parti possono essere realizzate utilizzando un pezzo grezzo non sviluppato.

Durante il processo di trafilatura, si verifica un certo stiramento del metallo poiché il metallo viene tirato nella cavità tramite tensione. Ciò può causare l'allungamento e l'assottigliamento del metallo, ma può anche causarne l'ispessimento, poiché alcune geometrie delle parti, come le tazze, costringono il pezzo grezzo a comprimersi mentre scorre nello stampo.

Il flusso del metallo nella cavità e sopra il punzone è controllato da un tampone o da un legante. Può limitare il movimento del metallo per evitare grinze mentre il materiale scorre nell'area della fustella (vedere Figura 1).

Molte applicazioni di imbutitura utilizzano un concetto ingegneristico chiamato teoria del rapporto di imbutitura. Il rapporto di trafilatura è il rapporto diretto tra il diametro del punzone di trafilatura e la dimensione del pezzo grezzo. Se il pezzo grezzo è troppo grande rispetto al punzone, troppo materiale rimarrà intrappolato tra la faccia della matrice e il legante. Un materiale eccessivo tra queste due superfici può causare resistenza al flusso del metallo, con conseguente allungamento eccessivo, assottigliamento o potenziale spaccatura del metallo.

Per illustrare, immagina che ti chieda di tenere il bordo di un foglio di carta e poi provi a prendertelo. È probabile che riuscirei a liberarlo dalle tue dita. Tuttavia, se ti chiedessi di stringere lo stesso pezzo di carta tra i palmi delle mani, probabilmente la carta si strapperebbe mentre provo a passartela tra le mani. Questo perché quando usi i palmi delle mani afferri una superficie molto più ampia rispetto a quando afferri il bordo con le dita.

Per comprendere la teoria del rapporto di stiro, è necessario comprendere le basi del flusso dei metalli. Un concetto di base è che quando un pezzo grezzo di grande diametro è costretto a fluire in una parte di diametro più piccolo, il metallo deve comprimersi insieme. L'azione di spremitura è tipicamente chiamata compressione. Se la compressione avviene attorno a un vaso, ad esempio una coppa, si parla di compressione circonferenziale. La compressione creata dal raggio del profilo angolare è chiamata compressione radiale. Il punto chiave da ricordare è che il metallo in compressione ha una grande resistenza allo scorrimento (vedi Figura 2).

A causa di questa resistenza, il punzone deve essere sufficientemente vicino al bordo grezzo per ridurre al minimo la superficie del metallo in compressione. In termini semplici, il punzone di trafilatura deve avere un diametro accettabile rispetto al diametro del pezzo grezzo. Questa relazione può essere semplicemente definita come il rapporto di prelievo limite.

Se il punzone è troppo lontano dal bordo grezzo, il metallo in compressione non scorrerà e potrebbero verificarsi stiramenti e possibili spaccature. Se il pezzo grezzo è sufficientemente vicino al punzone, il metallo si comprimerà e scorrerà verso l'interno, con conseguente allungamento e assottigliamento limitati (vedere Figura 3).

Potrebbero essere necessarie più operazioni di disegno per ottenere una geometria della parte molto alta. Questo processo è denominato riduzione del prelievo. Un processo di riduzione dell'imbutitura di successo richiede di prestare molta attenzione non solo alla relazione tra il pezzo grezzo iniziale e il punzone di imbutitura, ma anche alle relazioni tra ciascuna operazione di imbutitura.