Con questa tecnica vale la pena di approfondire
L'espressione "imbutitura profonda" è molto più di quanto si possa pensare. L'acciaio inossidabile o materiali come l'Hastelloy® o il titanio sono molto resistenti. L'imbutitura senza calore, cioè "a freddo", è una sfida tecnica importante. Mankenberg imbutisce componenti a forma di recipiente cilindrico che formano corpi complessi per valvole con parti fuse, tornite e fresate di produzione speciale. Per unirle utilizziamo il processo di saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG).
L'imbutitura profonda richiede presse idrauliche in grado di formare a freddo il materiale con una forza elevata. La pressa più grande attualmente in uso a Mankenberg può applicare una forza massima di 2.500 kN. In altre parole: sei camion a pieno carico.
Ma come si fa a trasformare la lamiera piatta in una valvola complessa?
La formatura viene effettuata con appositi strumenti costituiti da uno stampo cavo (per riprodurre il contorno esterno) e dal punzone (per riprodurre il contorno interno). Lo spazio tra i due stampi contiene il recipiente stampato dopo l'imbutitura. In un processo di formatura tridimensionale, una lamiera rotonda diventa così un corpo cavo a forma di recipiente cilindrico, deformato solo leggermente nella zona della base. Poiché il materiale non può fuoriuscire, la lamiera viene compressa tra il portapiega e l'anello di imbutitura e nuovamente stirata tra l'anello di imbutitura e il punzone. Di conseguenza, la base ha di solito lo spessore della parete della lamiera originale, che diminuisce in prossimità della base e aumenta lontano da essa. In questo caso è necessario prestare particolare attenzione: se il carico di trazione è troppo elevato, il materiale può incrinarsi durante la lavorazione.
Già nel 1500 i ditali in ottone venivano imbutiti anziché fusi. In seguito, il processo di imbutitura è stato utilizzato come metodo di produzione di massa nella fabbricazione di pentole in acciaio inossidabile. Oggi è noto soprattutto per la costruzione di carrozzerie nell'industria automobilistica. Mankenberg ha utilizzato questo processo produttivo per la prima volta nella produzione di valvole industriali, che devono essere considerate come recipienti a pressione dal punto di vista della progettazione e della sicurezza e sono quindi soggette a requisiti speciali. Il dimensionamento dello spessore della parete del corpo deriva dal successivo carico di pressione ammissibile richiesto.
Un'ulteriore difficoltà è rappresentata dal fatto che il processo di formatura a freddo determina un processo metallurgico intenzionale di incrudimento per deformazione al freddo del materiale che, oltre a una maggiore resistenza, porta anche a un aumento della fragilità. In molte fasi successive di imbutitura, l'indurimento da lavoro deve quindi essere ridotto tra una fase e l'altra mediante una "ricottura di austenitizzazione".
La qualità del materiale di base, la lamiera, è significativamente più elevata grazie alla produzione di questo materiale di massa rispetto ai materiali fusi, che soffrono di ritiro, contaminazione e riproduzione di difetti nello stampo. L'elevata qualità superficiale non viene compromessa durante l'imbutitura, che è proprio ciò che caratterizza i prodotti imbutiti. Un altro vantaggio: a differenza delle fusioni, le lamiere di acciaio inossidabile (comprese quelle imbutite) sono facili da saldare. Ciò significa che possiamo produrre componenti speciali in piccoli lotti fino a costruzioni individuali, unendoli ad altri componenti. Questo rende i prodotti molto variabili, soprattutto quando si tratta di adattarli alle tubazioni. In breve: l'imbutitura dell'acciaio inossidabile è una tecnica di produzione che convince su tutta la linea.
Farsi un’idea dell’imbutitura
L'imbutitura profonda è la formatura a pressione di una lamiera rotonda in un corpo cavo. I processi correlati sono la filatura o l'idroformatura. L'imbutitura inizia con il taglio (punzonatura) del cosiddetto pezzo grezzo, il cui spessore e diametro predeterminano la geometria del recipiente successivo.
Il risultato intermedio
La prima trazione avviene durante la produzione di recipienti di medie dimensioni, quando la pressione di tenuta e la forza del punzone sono nel giusto rapporto. Le lamiere rotonde sono tenute a circa 60 bar, mentre il punzone si muove nello stampo a circa 150 bar.
La lamiera rotonda viene imbutita in un recipiente, modificando il diametro e lo spessore della parete del materiale di base.
Il risultato finale
Dal risultato del primo tiro con un diametro di circa 210 mm, si forma un recipiente cilindrico con un diametro di circa 160 mm mediante un'ulteriore deformazione del corpo cavo. Il rapporto tra il diametro e la profondità del recipiente passa da circa 2:1 a 1:1.
Se il grado di deformazione diventa troppo elevato negli acciai inossidabili, come nel caso del titanio, aumenta il rischio di cricche da stress. Per risolvere questo problema si ricorre alla cosiddetta ricottura sotto sforzo, che consente di produrre recipienti profondi e che deve essere sempre applicata con competenza.
Gli attrezzi
Le parti operative più importanti della pressa per imbutitura sono il punzone di imbutitura, la matrice di imbutitura e il controsupporto. Il punzone di imbutitura è stabilmente avvitato alla tavola della pressa. La matrice di imbutitura funge anche da dispositivo di ritenzione. Il controsupporto, collegato al cuscino della matrice tramite aste, allinea la lamiera rotonda al centro e funge anche da raschiante. Viene spostato verso il basso dalla matrice, mentre la lamiera scorre nella cavità tra il punzone e la matrice di imbutitura.
La prima corsa
La lamiera rotonda viene inserita e fissata tra la matrice di imbutitura e il controsupporto quando lo stampo di imbutitura viene abbassato. La pressione di tenuta e la forza del punzone vengono impostate esattamente sui valori programmati. Il sistema viene nuovamente scaricato e riportato nella posizione di partenza per l'avvio del successivo processo di imbutitura.
Passo dopo passo
Durante la seconda imbutitura, la forma della matrice di imbutitura e la forza del punzone agiscono sul recipiente già preformato. Il tempo di formatura e le forze di attrito che agiscono sul pezzo sono ora determinanti per il successo. Per ottimizzare i parametri di processo, l'esperienza di Mankenberg nella costruzione di attrezzature è di gran valore.
