«Perché, anche se il materiale è conforme, la trafilatura a freddo presenta comunque problemi?»
Materiale “conforme”, perché in officina sorgono ancora problemi?
Nella produzione di trafilatura a freddo si verifica spesso una situazione del genere:
Dopo l’ingresso del materiale in fabbrica, i certificati di qualità sono completi, la composizione chimica rispetta gli standard e anche la resistenza alla trazione, la durezza e le tolleranze dimensionali rientrano nei limiti richiesti. Quando necessario, si effettuano ulteriori controlli presso laboratori terzi, con risultati sempre conformi.
Tuttavia, una volta che il materiale viene realmente inserito nella macchina per trafilatura a freddo, ecco che emergono i problemi:
Fessurazioni, pieghe, riempimento insufficiente degli angoli R, fluttuazioni nelle dimensioni dei prodotti, usura anomala degli stampi e persino comportamenti completamente diversi dello stesso lotto di materiale su attrezzature o stampi differenti.
In questi casi, la frase più comune che si sente dire sul posto è:
Forse c’è un problema con il materiale?
Questa valutazione non è necessariamente errata, ma non bisogna trarre conclusioni affrettate.
Nell’ambito della trafilatura a freddo, infatti, “materiale conforme” e “stabilità della trafilatura” non sono la stessa cosa.
Gli standard definiscono solo la conformità
Lo scopo delle norme sui materiali è stabilire quali requisiti tecnici minimi essi debbano soddisfare.
Ad esempio:
- La composizione chimica rientra nei limiti prescritti;
- Le dimensioni e le relative tolleranze sono conformi alle specifiche;
- Le proprietà meccaniche, come la resistenza alla trazione, il tasso di riduzione della sezione e la durezza, sono entro i valori stabiliti;
- La superficie è priva di difetti evidenti;
- Lo stato di consegna corrisponde all’ordine o al contratto tecnico;
- Se necessario, anche inclusioni, decarburazione e microstruttura devono rispettare le prescrizioni.
Tutte queste caratteristiche sono estremamente importanti.
Senza norme, i materiali non avrebbero un linguaggio qualitativo comune; senza prove di controllo, sarebbe difficile per entrambe le parti stabilire se il materiale soddisfi davvero i requisiti concordati.
Pertanto, gli standard costituiscono la base del controllo della qualità dei materiali.
Tuttavia, gli standard rispondono principalmente alla domanda:
Questo lotto di materiale soddisfa i requisiti prescritti?
Non forniscono invece indicazioni dirette sulla seguente questione:
Questo materiale, in combinazione con la struttura del particolare di un determinato cliente, con un certo set di stampi, con una specifica macchina per trafilatura a freddo e con una particolare lubrificazione, sarà in grado di garantire una produzione stabile e duratura?
Ecco la differenza tra la valutazione normativa e quella ingegneristica.
In officina di stampaggio a freddo ciò che conta è la “stabilità”
Lo stampaggio a freddo non consiste semplicemente nel dare forma al materiale tramite compressione, ma è un processo in cui il materiale subisce una forte deformazione plastica all’interno dello stampo.
Durante questo processo, il materiale è soggetto simultaneamente a compressione, flusso radiale, trazione localizzata, taglio e attrito.
A determinare realmente la stabilità in officina non è soltanto il materiale stesso, ma anche:
- se la struttura del prodotto è adatta allo stampaggio a freddo;
- se gli angoli di raccordo dello stampo sono adeguati;
- se la quantità di deformazione per passaggio è eccessiva;
- se le fasi di formatura sono distribuite in modo razionale;
- se la rigidità dell’attrezzatura è sufficiente;
- se l’assialità dello stampo rimane stabile;
- se il film di fosfo-saponificazione è uniforme e resistente;
- se la lubrificazione dello stampo riesce a raggiungere continuamente le zone a elevata deformazione;
- se, durante la produzione continua, la temperatura dello stampo è tenuta sotto controllo.
Pertanto, ciò che interessa davvero in officina non è una semplice valutazione di “conformità/non conformità”, ma piuttosto:
Dopo che il materiale entra nel mio sistema di lavorazione, può fluire stabilmente, formarsi in modo costante e garantire una produzione di massa regolare?
Perché un materiale conforme potrebbe comunque non essere adatto a un determinato processo?
La ragione è molto semplice: le norme definiscono un intervallo, mentre i processi richiedono una corretta abbinabilità.
Anche se due materiali appartengono alla stessa lega e presentano composizioni chimiche entro i limiti standard, elementi come C, Mn, Cr, Mo, B ecc. possono trovarsi in posizioni diverse all’interno di tali intervalli, influenzando così la resistenza alla deformazione, la risposta alla ricottura sferoidale e il comportamento durante il trattamento termico.
Materiali che soddisfano ugualmente i requisiti di qualità superficiale potrebbero non destare preoccupazioni quando impiegati per prodotti con basse deformazioni; tuttavia, nei casi di elevate deformazioni, teste complesse o componenti critici per la sicurezza automobilistica, anche piccole imperfezioni locali possono amplificarsi notevolmente.
Anche dopo la fosfo-saponificazione, se il film protettivo presenta scarsa adesione o ridotta duttilità, esso potrebbe polverizzarsi o sfaldarsi già dopo la prima fase di stampaggio a freddo, trasformando le successive operazioni in condizioni di attrito locale a secco.
Spesso accade che uno stesso rotolo di materiale produca risultati stabili su una macchina, mentre su un’altra generi problemi, poiché rigidità dell’impianto, precisione degli stampi, alimentazione della lubrificazione e stato termico degli stampi possono variare.
Questo dimostra che il problema non riguarda necessariamente solo il materiale, ma anche la compatibilità tra il materiale e il sistema di lavorazione.
Come dovrebbe giudicare un ingegnere?
Di fronte a anomalie nello stampaggio a freddo, è sconsigliabile attribuire immediatamente la responsabilità al “materiale difettoso” o al “processo del cliente non idoneo”.
Un approccio più professionale prevede un esame stratificato:
Primo: verificare se il materiale è conforme agli standard contrattuali e alle specifiche tecniche.
Secondo: valutare se il materiale soddisfa effettivamente i requisiti di deformazione previsti per quel particolare prodotto.
Terzo: analizzare il trattamento superficiale, con particolare attenzione all’uniformità, all’adesione e alla duttilità del film di fosfo-saponificazione.
Quarto: esaminare la progettazione dello stampo, gli angoli di raccordo, la distribuzione delle fasi di formatura e la quantità di deformazione per singolo passaggio.
Quinto: controllare la rigidità dell’attrezzatura, l’assialità, l’alimentazione della lubrificazione e la stabilità termica dello stampo.
Solo seguendo questa procedura si può passare da una valutazione di “conformità” a una valutazione “ingegneristica”.
Conclusione di questo capitolo
I materiali conformi agli standard sono una condizione necessaria per la produzione per stampaggio a freddo, ma non sufficiente.
Gli standard definiscono il livello minimo accettabile dei materiali, mentre il controllo ingegneristico garantisce la stabilità della produzione in serie.
Pertanto, per i materiali destinati allo stampaggio a freddo non basta limitarsi alla sola certificazione del materiale, né concentrarsi esclusivamente sulla sigla e sulla composizione chimica.
Una valutazione davvero professionale dei materiali per lo stampaggio a freddo deve tornare al contesto reale:
Dopo l’ingresso nello stampo, come si comporterà questo rotolo di materiale?
Nella produzione continua, potrebbe presentare variazioni o fluttuazioni?
In presenza delle attrezzature, degli stampi, del sistema di lubrificazione e del controllo termico del cliente, sarà in grado di mantenere una stabilità a lungo termine?
Ecco le domande che l’ingegneria dei materiali per lo stampaggio a freddo è chiamata davvero a risolvere.
Pertanto, il punto centrale del primo capitolo è il seguente:
La conformità agli standard indica soltanto che il materiale possiede le condizioni base per entrare in produzione; solo la stabilità dello stampaggio a freddo dimostra che il materiale è effettivamente compatibile con il sistema di lavorazione.