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Parametri di tranciatura e tolleranze geometriche nella lavorazione a freddo delle lamiere
Le lavorazioni di taglio a freddo per deformazione plastica, quali la tranciatura e la punzonatura lamiera Roma, si fondano sull'applicazione di uno sforzo di taglio superiore alla resistenza ultima del materiale. A differenza dei processi a controllo termico, la separazione meccanica si articola in fasi distinte: deformazione elasto-plastica, innesco della cricca in corrispondenza dei taglienti e propagazione della frattura attraverso lo spessore del nastro.
La corretta parametrizzazione del gioco radiale e il dimensionamento della forza di tranciatura sono necessari per governare la qualità del bordo tranciato e limitare l'usura degli stampi, requisiti indispensabili anche nelle operazioni complementari come l'imbutitura lamiera Roma.
1. Forza teorica e forza reale di tranciatura
La forza assiale nominale (Fteorica) richiesta per separare un profilo chiuso dipende dallo sviluppo perimetrale, dallo spessore della lamiera e dalla resistenza a taglio del materiale. Tuttavia, nel calcolo di progetto per il dimensionamento della pressa, è necessario considerare una forza reale (Freale) che inglobi l'usura dei taglienti, l'anisotropia del laminato e l'attrito dinamico.
Freale = K · L · t · τR
2. Gioco radiale (Clearance)
Il gioco radiale (c) è lo spazio interposto tra il diametro del punzone e il foro della matrice. Una corretta calibratura del gioco garantisce che le cricche originate dai taglienti superiore e inferiore si incontrino in modo collineare, ottimizzando la finitura superficiale e minimizzando lo sforzo di estrazione.
Il coefficiente α varia generalmente tra il 5% e il 12%. Valori inferiori aumentano la quota di fascia lucida ma incrementano usura e sforzo; valori superiori favoriscono la frattura netta riducendo la forza richiesta, a discapito della conicità del bordo.
3. Morfologia del bordo e tolleranze geometriche
Il profilo di un foro ottenuto per punzonatura non è perfettamente cilindrico. L'analisi della sezione evidenzia quattro zone morfologiche distinte:
- Raggio di arrotondamento (Rollover): deformazione plastica iniziale sulla superficie d'ingresso del punzone.
- Fascia lucida (Burnish): la porzione cilindrica generata dal taglio netto, che determina l'accoppiamento geometrico.
- Zona di frattura (Fracture): porzione conica e scabra derivante dalla propagazione della cricca.
- Bava (Burr): residuo plastico sul bordo d'uscita della matrice.
Le tolleranze dimensionali ottenibili dipendono dal controllo rigoroso del gioco radiale. Nella tranciatura standard di acciai dolci, la tolleranza sul diametro rientra comunemente nei gradi IT11 - IT13 (UNI EN ISO 286). Posizionamenti e distanze tra fori possono essere garantiti all'interno delle tolleranze generali ISO 2768-m (media). Un gioco eccessivo, oltre a incrementare l'angolo di conicità della zona di frattura, amplifica i difetti di planarità (imbarcamento) del pezzo tranciato.
Proprietà meccaniche e parametri di base
Di seguito si riportano stime ingegneristiche per materiali metallici allo stato ricotto o normalizzato. La resistenza a taglio è assunta cautelativamente pari a circa il 75% del carico di rottura a trazione nominale.
| Materiale (Designazione) | Carico Rottura (Rm) [MPa] | Resistenza Taglio (τR) [MPa] | Fattore Gioco (α) |
|---|---|---|---|
| Acciaio da stampaggio (DC04) | 270 - 350 | ~ 230 | 0.05 - 0.06 (5-6%) |
| Acciaio strutturale dolce (S235JR) | 360 - 510 | ~ 320 | 0.07 - 0.08 (7-8%) |
| Acciaio strutturale alto-resistenziale (S355J2) | 470 - 630 | ~ 420 | 0.09 - 0.10 (9-10%) |
| Acciaio Inox Austenitico (AISI 304) | 540 - 750 | ~ 480 | 0.10 - 0.12 (10-12%) |
| Lega di Alluminio (EN AW-5754) | 190 - 240 | ~ 160 | 0.04 - 0.05 (4-5%) |
Tool interattivo: Parametri e forze di tranciatura
Il calcolatore determina lo sviluppo perimetrale, il gioco radiale raccomandato e lo sforzo reale (comprensivo del fattore di sicurezza K=1.2) utile per il dimensionamento della stazione di punzonatura.
