Nel capitolo precedente abbiamo esposto un concetto fondamentale:
Il rispetto degli standard dei materiali non garantisce necessariamente la stabilità della produzione di stampaggio a freddo.
Nel secondo capitolo continueremo ad approfondire:
Cosa controllano effettivamente gli standard sui materiali? Perché gli standard non possono sostituire la verifica del processo?
Gli standard sono estremamente importanti nell’acquisto dei materiali e nella valutazione della qualità.
Questo perché gli standard affrontano una questione fondamentale:
Questo lotto di materiale soddisfa i requisiti tecnici concordati?
Ad esempio, se la composizione chimica rientra nei limiti prescritti, se le tolleranze dimensionali delle bobine o dei fili d’acciaio sono conformi, se le proprietà meccaniche come la resistenza alla trazione, il tasso di riduzione della sezione e la durezza sono a norma, se sulla superficie sono presenti difetti evidenti quali crepe, pieghe, noduli o graffi profondi, e se lo stato di consegna corrisponde alle specifiche dell’ordine.
Alcuni standard definiscono anche i metodi di prova, i punti di prelievo dei campioni, le regole per le prove di conferma, l’imballaggio e l’identificazione, nonché i documenti di certificazione della qualità.
Tali contenuti rappresentano il linguaggio comune utilizzato dalle parti acquirente e venditrice per comunicare in merito alla qualità.
Senza standard, diventa difficile valutare la qualità dei materiali; senza prove di controllo, non esistono criteri per distinguere tra pezzi conformi e non conformi.
Quindi gli standard non sono affatto irrilevanti.
Anzi, costituiscono il primo filtro attraverso cui i materiali entrano nel sistema produttivo.
Tuttavia, proprio qui sorge il problema.
Gli standard definiscono i limiti base dei materiali, ma non garantiscono il successo di un determinato processo di stampaggio a freddo.
Gli standard generalmente stabiliscono requisiti universali applicabili a una data lega, categoria di materiale o stato di consegna.
Essi verificano se il materiale possiede le condizioni minime per l’uso, piuttosto che garantire la formabilità stabile di un particolare componente richiesto dal cliente.
Per esempio, per una stessa lega, purché la composizione chimica rientri nei limiti standard, il materiale può essere considerato conforme.
Tuttavia, sul campo dello stampaggio a freddo, la presenza di elementi quali C, Mn, Cr, Mo, B ai limiti superiori, al valore medio o inferiore della gamma consentita influisce sulla resistenza alla deformazione, sulla risposta alla ricottura e sulle prestazioni durante i successivi trattamenti termici.
Lo standard potrebbe semplicemente indicarti:
La composizione non supera i limiti.
Ma non ti dirà direttamente:
Se questo lotto di materiale presenta una resistenza al flusso stabile durante uno stampaggio a freddo con elevata deformazione.
Un altro esempio: gli standard fissano indicatori come la resistenza alla trazione, la durezza e il tasso di riduzione della sezione.
Questi parametri sono certamente importanti, ma riflettono principalmente il comportamento del materiale nelle normali condizioni di prova di trazione o di durezza.
La formatura a freddo, tuttavia, non è una semplice trazione.
Lo stampaggio a freddo è una grande deformazione plastica generata dall’interazione tra compressione multiassiale, flusso radiale, trazione locale, taglio e attrito.
Il fatto che un materiale sia conforme su provino non implica che si comporti stabilmente quando realizza teste complesse, fori profondi, gradini, flange, pezzi esagonali o componenti di sicurezza automobilistica.
Gli standard controllano anche la qualità superficiale.
Tuttavia, la qualità superficiale definita dagli standard viene valutata in base a difetti visibili, profondità ammissibile e modalità di ispezione.
Per prodotti con deformazione ordinaria, alcuni difetti minori potrebbero non causare problemi.
Ma per componenti con elevata deformazione, forme complesse o alto rischio, piccoli graffi locali, pieghe, decarburazione e inclusioni superficiali possono amplificarsi durante lo stampaggio a freddo, trasformandosi in punti di nucleazione delle cricche.
Ecco la più grande differenza tra la valutazione secondo gli standard e la verifica del processo.
La valutazione secondo gli standard si concentra su:
Se vengono superati i limiti prescritti.
La verifica del processo, invece, si interessa a:
Se il materiale riesce a mantenere la stabilità nelle condizioni reali di produzione.
Specialmente per i materiali destinati allo stampaggio a freddo, ci sono alcuni fattori che spesso gli standard difficilmente riescono a coprire completamente.
Primo: la microstruttura interna e lo stato dei bordi dei grani.
Per esempio, per i materiali sottoposti a ricottura sferoidizzante, gli standard possono richiedere un certo livello di sferoidizzazione, un intervallo di durezza o una determinata qualità della microstruttura.
Tuttavia, sul campo dello stampaggio a freddo, ciò che conta maggiormente è:
Se le carburi sono fini e uniformi, se la zona centrale e quella superficiale sono coerenti e se vi sono variazioni tra i diversi strati o posizioni.
Inoltre, occorre prestare attenzione a un aspetto spesso trascurato:
Ossidazione dei bordi dei grani.
L’ossidazione dei bordi dei grani è solitamente associata all’atmosfera ossidante presente durante i processi di riscaldamento, ricottura o trattamento termico. Non è facilmente individuabile ad occhio nudo come crepe o pieghe evidenti, ma indebolisce la coesione locale del materiale lungo i confini dei grani.
In condizioni di lavorazione ordinarie, una lieve ossidazione dei bordi dei grani può passare inosservata; tuttavia, durante la grande deformazione plastica dello stampaggio a freddo, sotto l’azione combinata di compressione, trazione, taglio e attrito, le zone deboli ai bordi dei grani possono diventare siti di nucleazione delle microcrack.
Soprattutto per prodotti con elevata deformazione, teste complesse, componenti tipo flangia e pezzi di sicurezza automobilistica, l’ossidazione dei bordi dei grani, se sommata a decarburazione superficiale, inclusioni, indurimento da lavorazione o lubrificazione insufficiente, aumenta notevolmente il rischio di fessurazione durante lo stampaggio a freddo.
Pertanto, per valutare la microstruttura interna non basta verificare solo “se la sferoidizzazione è conforme”; occorre anche accertare se la struttura è omogenea, i bordi dei grani sono puliti e se sulla superficie sono presenti fenomeni di decarburazione, ossidazione o indebolimento dei bordi dei grani.
Gli standard possono dichiarare la microstruttura sostanzialmente conforme, ma la verifica del processo deve valutare:
Se tale microstruttura, stato superficiale e condizioni dei bordi dei grani sono in grado di sopportare la deformazione reale prevista dal cliente durante lo stampaggio a freddo.
Secondo: lo stato di lavorazione dopo la trafilatura.
Una stessa bobina di filo, dopo essere stata ridotta in sezione con differenti tassi di riduzione, diverse passate, angoli di matrice variabili e condizioni di lubrificazione distinte, può presentare livelli di indurimento da lavorazione e tensioni residue completamente diversi.
La resistenza alla trazione e la durezza del materiale potrebbero ancora rientrare nei limiti standard, ma la fluidità, il rimbalzo, il rischio di fessurazione e la stabilità dimensionale durante lo stampaggio a freddo potrebbero già mostrare differenze significative.
Terzo: il comportamento dinamico del film di fosfatizzazione-saponificazione.
Gli standard o i controlli possono constatare la presenza di un film superficiale, ma ciò che interessa davvero allo stampaggio a freddo è:
Se il film è uniforme e ben aderente, se possiede sufficiente elasticità, se dopo la prima deformazione non si sfalda o si stacca e se continua a garantire una lubrificazione efficace nelle successive fasi di lavorazione.
Lo stampaggio a freddo non è un controllo statico, bensì un processo continuo di grandi deformazioni su più stazioni di lavoro.
Se il film di fosfatizzazione-saponificazione appare conforme solo al momento dell’arrivo del materiale, ma non riesce a mantenersi integro seguendo la deformazione del materiale all’interno della matrice, potrebbe generare attrito secco in alcune aree locali.
Una volta innalzatosi l’attrito, il flusso del materiale peggiora, la temperatura della matrice aumenta e le dimensioni del prodotto così come la qualità della superficie subiscono fluttuazioni.
Quarto: le condizioni delle attrezzature e degli stampi presso il cliente.
Lo stesso lotto di materiale, montato su macchine per stampaggio a freddo diverse, con stampi di precisione differente, sistemi di lubrificazione distinti e temperature delle matrici variabili, può comportarsi in modo differente.
Su alcuni impianti, dotati di buona rigidità, stabilità di coassialità, adeguata lubrificazione e ottima gestione termica, il materiale forma i pezzi in modo stabile.
Ma se lo stesso lotto viene montato su un’altra macchina, dove sono presenti problemi di giustapposizione degli stampi, distribuzione della lubrificazione, organizzazione delle stazioni di lavoro o bilanciamento termico, potrebbe manifestare fessurazioni, riempimento insufficiente o variazioni dimensionali.
Tutte queste caratteristiche sono difficili da valutare pienamente basandosi esclusivamente sugli standard dei materiali.
Per questo motivo gli standard non possono sostituire la verifica del processo.
La verifica del processo deve rispondere alla domanda:
Una volta inserito questo lotto di materiale nel mio processo produttivo, negli stampi, nelle attrezzature e nel sistema di lubrificazione, potrà essere lavorato in modo continuo, stabile e con bassa variabilità?
Un approccio più professionale non consiste nel contrapporre standard e verifica del processo, ma nell’utilizzare entrambi in modo gerarchico.
Gli standard servono a confermare il livello minimo accettabile dei materiali.
Le specifiche tecniche complementari servono a integrare i requisiti speciali del cliente.
I controlli in ingresso valutano la coerenza tra i lotti.
Le prove di prototipazione osservano il comportamento reale durante la formatura.
I monitoraggi di produzione in serie valutano la stabilità a lungo termine.
Solo combinando questi diversi livelli si ottiene un metodo di valutazione dei materiali realmente adatto al settore dello stampaggio a freddo.
Pertanto, il concetto chiave del secondo capitolo è:
Gli standard sui materiali risolvono il problema “può entrare in fabbrica? Può essere consegnato?”; la verifica del processo risolve il problema “può essere formato stabilmente? Può essere prodotto in serie a lungo termine?”
Gli standard sono fondamentali, ma non rappresentano il punto d’arrivo.
Un controllo davvero affidabile dei materiali per lo stampaggio a freddo deve andare oltre il semplice rispetto degli standard, orientandosi verso l’adeguamento al processo e la stabilità sul campo.
Nella prossima puntata proseguiremo con il terzo capitolo:
Quali indicatori dei materiali vengono più spesso trascurati, ma hanno maggiore impatto sulla stabilità dello stampaggio a freddo?