Piegatura della lamiera, accorgimenti utili

La piegatura della lamiera è ancora oggi un processo di lavorazione molto diffuso che nasconde delle difficoltà legate alla natura stessa del materiale impiegato.

Piegare la lamiera è un processo che pone molte difficoltà. Le commesse sono sempre più frammentarie, i lotti sono sempre più variabili, e ottenere pezzi perfetti al primo tentativo diventa importante per risparmiare tempo e non sprecare materiale. Tuttavia, la lamiera ha un’elevata variabilità nella risposta alla piegatura. Differenze di colata, tolleranze dimensionali, taglio laser o plasma, e altre lavorazioni fanno sì che ci si trovi ad affrontare ogni volta un pezzo diverso dal precedente. Sistemi in grado di compensare le deformazioni della macchina e di misurare in tempo reale l’angolo ottenuto sono molto utili a chi cerca di offrire un prodotto di qualità senza ridurre i propri margini. Oltre alla precisione e alle tolleranze dimensionali, spesso va preservata anche l’estetica del prodotto finito. Materiali costosi come l’acciaio inossidabile e le lamiere preverniciate richiedono attenzioni particolari e utensili dedicati. Ogni pezzo danneggiato significa spreco di tempo e risorse.

Il ritorno elastico questo (s)conosciuto

Il ritorno elastico (in inglese springback) è un fenomeno naturale che deriva dall’elasticità residua del materiale. Dopo aver rimosso la forza di piega, il profilo tenderà ad aprirsi e l’angolo risultante sarà maggiore di 2,5°-3° rispetto al previsto. Negli acciai altoresistenziali, il recupero è spesso tra i 10° e i 25°.

Questo effetto può essere compensato piegando il profilo a un angolo più acuto, in modo che sia dell’angolo voluto dopo lo springback. È un metodo chiamato sovrapiegatura ma del tutto empirico visto che si è costretti a procedere per tentativi. Si piega un campione, lo si misura, si correggono le impostazioni della pressa, e poi si piega un altro campione nella speranza di centrare l’angolo corretto. Dopo aver piegato un certo numero di pezzi, ci si rende conto che la lamiera che si sta lavorando viene da un lotto differente e ha proprietà elastiche diverse. Il risultato è che bisogna ripetere tutto il processo dall’inizio.

Il procedimento può essere frustrante e portare anche a un discreto spreco di tempo e materiale. Sul mercato esistono diversi sistemi di lettura dell’angolo di piega come per esempio il GPS4 di Gasparini, Un sensore inserito nella matrice misura meccanicamente l’angolo del profilo all’interno della cava, in modo da raggiungere sempre il valore esatto.

Il primo vantaggio è la possibilità di piegare anche forme complesse, con contropieghe o con bordo ridotto. In quei casi la lettura ottica non arriva o provoca problemi legati alla somma degli errori. Un altro punto di forza è che la superficie del materiale non influenza la misura, a differenza di molti sistemi laser. Anche i tempi di settaggio si riducono, perché non serve inserire lo spessore, la lunghezza, il tipo di materiale o la forza di piegatura.

Inox senza graffi

L’acciaio inox è un bellissimo materiale. Brillante, resistente, inattaccabile. Ma è anche costoso, difficile da piegare, e facile da graffiare. Quando lavoriamo pezzi che vengono usati per rivestimenti, elettrodomestici e mobili, anche una piccola riga diventa un grosso problema. Come si può tagliare e piegare l’acciaio inossidabile senza rovinarlo?

Il primo punto critico è spesso la cesoiatura. Per evitare i graffi è indispensabile che il banco della macchina sia dotato di sfere di scorrimento in resina sintetica. La lamiera può così scivolare senza rovinarsi. Quando il pezzo viene tagliato, viene premuto contro il banco per evitare che si sposti. Questa tecnica ha però delle controindicazioni: la pressione contro le sfere lascia delle ammaccature. I migliori produttori montano un sistema antistrisciamento con sfere di scorrimento dotate di un dispositivo pneumatico, che le fa ritirare al di sotto del piano di appoggio.

Sistema di sfere di scorrimento con dispositivo pneumatico

Sistema di sfere di scorrimento con dispositivo pneumatico.

Anche la forza con cui i premilamiera tengono fermo il pezzo deve essere regolabile. Pezzi più piccoli e sottili richiedono una pressione minore, altrimenti i pistoni lasciano impronte sulla superficie. Una macchina di qualità deve avere un CNC in grado di modulare la forza applicata tramite un circuito idraulico indipendente. I cilindri devono garantire una tenuta perfetta per evitare che perdite di olio idraulico o grasso possano macchiare la lamiera. Anche la testa dei pistoni dev’essere rivestita con un materiale plastico antigraffio. Tipicamente si usa il nylon per il suo basso coefficiente di attrito.

Dopo la cesoiatura, entra in gioco la pressopiegatura. I danni estetici più frequenti in questa fase sono dovuti allo strisciamento della lamiera contro i bordi della matrice. Per limitare questo problema, bisogna usare matrici particolare, con un raggio maggiorato. Un’altra soluzione, più costosa, è usare matrici con rullini. In corrispondenza del bordo esterno della cava, vengono inseriti dei piccoli cilindri che, ruotando, accompagnano la lamiera riducendo l’attrito e lo sfregamento. Questo tipo di utensili va tenuto particolarmente pulito per evitare che lo sporco impedisca ai rullini di muoversi liberamente. Sono anche disponibili a commercio delle pellicole plastiche di protezione da applicare alla matrice, che limitano i graffi ma possono abbassare la precisione di piega.

Parlando di utensili, è importante scegliere una coppia punzone/matrice adatta al tipo di lamiera, al suo spessore e all’angolo da ottenere. Gli acciai altoresistenziali hanno un raggio di curvatura superiore e richiedono una cava più larga. C’è il rischio di provocare delle fessure sul bordo esterno del profilo, danneggiando sia l’estetica che la solidità. Gli utensili vanno sempre ben oliati per ridurre l’attrito, e tenuti puliti da detriti, polvere, sporcizia, calamina, trucioli e altro materiale che possa graffiare le superfici.

Le lamiere di acciaio inossidabile sono spesso grandi e sottili. Se non vengono correttamente sostenute durante la piega, il loro peso le porta a flettere e a provocare la cosiddetta “contropiega” attorno al bordo della matrice. Per questo sono stati sviluppati gli accompagnatori. Sono dei supporti frontali dotati di sfere che, nella fase di piega e durante la risalita della traversa, sostengono il peso della lamiera.

Esempio di pressa piegatrice dotata di accompagnatore

Esempio di pressa piegatrice dotata di accompagnatore.

Oltre a ruotare devono anche traslare, perché durante la piega il punto di rotazione della lamiera si sposta. Le migliori presse montano anche supporti retrattili accanto ai riferimenti posteriori. In alcuni casi, è possibile montare gli accompagnatori anche nel lato interno della pressa. Questi accessori sorreggono la lamiera mentre viene appoggiata, evitando che si deformi.

Tu e la tua pressa

Uno dei fenomeni inevitabili nelle presse piegatrici è la deformazione della struttura. Stiamo piegando l’acciaio con dell’altro acciaio, che per ragioni fisiche avrà una deflessione. In particolare la traversa superiore tenderà ad incurvarsi al centro. Il punzone in quel punto si troverà più distante dalla matrice e l’angolo ottenuto sarà maggiore. Il risultato è che il profilo sarà più chiuso alle estremità e più largo in centro, e assomiglierà allo scafo di una barca.

Vedremo come una differenza anche minima può rendere la piegatura un processo pieno di insidie.

Questo fenomeno di deflessione è compensato con la bombatura: il banco viene incurvato verso l’alto per mantenere la matrice a una distanza costante dalla traversa. Esistono due tipi di bombatura: la prima utilizza un sistema di cunei per sollevare meccanicamente la matrice; la seconda sfrutta dei cilindri idraulici a corsa corta posti nella traversa inferiore.

Ma di quanto compensare? La maggior parte dei costruttori di pressopiegatrici si affida a delle tabelle, compilate conoscendo la struttura della pressa e le caratteristiche del materiale dichiarate dalla fonderia. Tutto corretto, in teoria. In pratica, non funziona perché il comportamento della lamiera non è prevedibile. Ha una propria variabilità che dipende da una serie di fattori. Conoscerli e possibilmente compensarli è indispensabile per non sprecare tempo e materiale in test e campioni, soprattutto oggi dove i quantitativi sono frammentari: ottenere il risultato giusto al primo tentativo diventa fondamentale.

Non tutti gli acciai sono creati uguali

Cosa si intende con acciaio S275? La lamiera è solitamente classificata secondo la sua tensione di snervamento in MPa. Questo valore è molto variabile, e dipende dalle impurità nella colata e dalle imperfezioni nelle tecniche produttive. Per evitare il pericolo di costruire strutture fragili, la normativa UNI EN 10027-1 prevede che quello indicato sia il valore minimo.

Sotto l’etichetta S275 potrà rientrare qualsiasi acciaio con tensione di snervamento non inferiore a 275 MPa (e non superiore a 355 MPa, dove inizia la classe S355). Il risultato è che anche un 320 MPa verrà venduto come S275, nonostante sia il 16% più resistente.

Questa maggiore resistenza del materiale richiede alla pressa uno sforzo più elevato, che produrrà inevitabilmente una deformazione della traversa superiore. Per esempio, passando da un acciaio da 275 MPa a uno da 320 MPa avremo una differenza di 0,05 mm in altezza. Potrà sembrare un valore trascurabile, ma per ottenere un errore di 1° su 90° basta davvero poco:

Apertura cava Profondità per △1°:

6 mm   0,04 mm

10 mm 0,05 mm

12 mm 0,07 mm

In altre parole, uno spessore inferiore a quello di un foglio di carta (che misura circa 0,1 mm) provoca già differenze molto evidenti. Teniamo a mente che cave strette come queste sono usate per piegare lamiere sottili in applicazioni che richiedono solitamente qualità molto elevata.

Non tutte le lamiere escono col buco

I dati di targa dell’acciaio che acquistiamo, attendibili o meno, perdono completamente di significato quando modifichiamo la lamiera. I fori cambiano la resistenza alla deformazione lungo la linea di piega, sia nel caso di taglio termico che per asportazione di truciolo. Se poi nello stesso pezzo abbiamo alcune pieghe su parti piene e altre che cadono sulle parti vuote, è impossibile fare pronostici. Le punzonature inoltre introducono anche tensioni interne che rendono ancora più difficile gestire la bombatura pensata come quota fissa di deformazione.

Le condizioni contano

L’acciaio è un materiale vivo. La direzione di laminazione crea delle fibre nella struttura, perciò piegare una lamiera in parallelo o perpendicolare a questa direzione avrà effetti diversi sia nella forza di piega che nel ritorno elastico. Una lastra appena decapata ha una resistenza più alta rispetto a una che ha subito un invecchiamento e una ossidazione superficiale, anche dopo poche settimane. Oltretutto, non è la stessa cosa piegare un acciaio rovente o uno esposto al gelo invernale: la temperatura influisce nelle condizioni di lavorazione e porta a risultati diversi.

Anche le stesse caratteristiche dimensionali sono estremamente variabili, soprattutto per quanto riguarda lo spessore. A tale proposito, la normativa EN 10051:1991+A1:1997 divide la lamiera in varie classi. Prendiamo per esempio l’acciaio tra i 260 e i 340 MPa, negli spessori fino a 2 mm, e con larghezze tra 1201 e 1500 mm:

Categoria               A1                   A                     B                   C                      D

   Tolleranza (mm)   ± 0,14            ± 0,19             ± 0,22           ± 0,25             ± 0,27

In sostanza, una lastra da 2 mm nominali può avere uno spessore variabile del 14% nel caso migliore, e del 31% nel caso peggiore.

Chi di taglio ferisce, di taglio perisce

Mentre la cesoiatura modifica le fibre della lamiera, il taglio al plasma, al laser o l’ossitaglio generano uno shock termico localizzato sui bordi del foglio e sul perimetro dei fori, che non può essere ignorato.

Per questi motivi, una buona pressa piegatrice non può e non deve basarsi su nessun tipo di banca dati, e non può fare affidamento su nessun software di calcolo o previsione. Non esiste algoritmo in grado di prevedere il comportamento della lamiera. Pensare che l’acciaio si comporti come un materiale perfetto e immutabile è un sogno che porta presto a un brusco risveglio. Se la piegatura non è perfetta, le saldature sono più difficili, la verniciatura si complica e il montaggio diventa più difficile, specialmente in caso di assemblaggi con tolleranze molto strette. Aumentano anche gli sprechi di materiale e le ore di lavoro necessarie. Questi 4 fattori possono ridurre i margini di un’azienda, se vengono ignorati invece che affrontati. Il piegatore e la pressa devono conoscere a fondo il materiale, saper reagire ai cambiamenti ed adattarsi per garantire sempre il risultato ottimale. L’unico modo per gestire la bombatura è usare una tecnologia che misuri la deformazione effettiva e la corregga in tempo reale. Solo così si può essere certi che, a prescindere dalle caratteristiche variabili del materiale, il risultato sarà sempre all’altezza delle richieste. Qualsiasi altra tecnologia peggiorerà la qualità della piega e a cascata quella dei pezzi finiti.

Per sapere e scoprire di più

Per toccare con mano le soluzioni di piegatura illustrate in questo articolo potete visitare l’open house Gasparini che si terrà dal 6 al 7 maggio 2016 a Istrana, Treviso.

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