Piegatura Lamiera Idraulica: Funzionamento e Tecnologie

La pressa idraulica è una macchina utensile progettata per la compressione di un certo tipo di materiale. Per le modalità con cui sono costruite, per il principio di funzionamento di cui sono dotate e per i materiali a cui sono destinate, si differenziano in numerosi tipi e modelli. Oggi parliamo di una macchina diffusissima nel mondo della lavorazione e deformazione della lamiera.

Le presse piegatrici, comunemente chiamate anche pressopiegatrici o semplicemente piegatrici, rappresentano un componente fondamentale nell’industria della lavorazione della lamiera. La piegatura è una tecnica di lavorazione di deformazione e formatura successiva alla sagomatura, tale lavorazione è eseguita industrialmente con macchine propriamente dette presse piegatrici. La pressopiegatura è una tecnica di lavorazione dei metalli essenziale nell'industria manifatturiera moderna. Tale metodologia permette di trasformare semplici fogli metallici (lamiere) in componenti complessi e strutturali, indispensabili in numerosi settori.

Funzione e Principi di Funzionamento

La funzione principale di una pressa piegatrice è quella di lavorare un foglio di lamiera per conferirgli una determinata forma. Generalmente sono macchine ad azione verticale nelle quali la forza generata dalla pressione del circuito oleodinamico provvede alla piegatura del pezzo da produrre. In relazione ad esso, i macchinari dedicati variano per potenza, forma e dimensioni.

Il principio della pressa piegatrice si basa sul gioco tra punzone e matrice, due utensili mobili (disponibili in varie forme) che imprimono sul foglio di lamiera la piegatura desiderata. Controllato da un pannello di controllo CNC, il sistema idraulico spinge i due cilindri laterali verso il basso. Di conseguenza, la trave superiore dove è applicato il punzone, scende verso la matrice posizionata sul piano orizzontale fisso.

Il processo di piegatura è un tipo di alterazione plastica grazie alla quale si ottiene la deformazione della lamiera. In relazione all’angolo di raccordo, le piegature che si possono realizzare da dei semilavorati piani sono a U e V.

Componenti Principali

Traversa (o Pestone): È la componente mobile della pressa su cui vengono installati i punzoni. La traversa si muove lungo un asse verticale (asse Y) e si posiziona in punti specifici determinati dal controllo numerico.
Banco: Questa è la parte fissa della pressa, situata sotto la traversa, dove vengono montate le matrici.
Spalle: Queste sono le piastre laterali che delimitano la larghezza dell’incastellatura del telaio della macchina.
Controllo Numerico (CNC): Il CNC rappresenta il cervello della macchina, permettendo all’operatore di interfacciarsi con essa attraverso una programmazione diretta o off-line.
Registro Posteriore: Questo dispositivo consente di regolare la lunghezza di piegatura corretta, posizionandosi lateralmente secondo le specifiche del pezzo.

Tipi di Presse Idrauliche

Le presse idrauliche si dividono essenzialmente in presse a doppio montante e a collo di cigno, a seconda della direzione delle parti dedicate alla compressione e, di conseguenza, della loro struttura. Nonostante il medesimo principio di funzionamento, le macchine a doppio montante assicurano pressioni di lavoro più elevate e risultano essere più performanti.

Tra le principali Tipologie di Presse Piegatrici troviamo:

Presse Meccaniche: Le presse meccaniche sono caratterizzate da un movimento estremamente rapido e una grande forza di pressione.
Piegatrici Idrauliche Tipo “RG”: Questi modelli sono compatti e bassi, con un movimento opposto rispetto alle presse tradizionali: è il banco che si solleva anziché la traversa che scende. Il loro funzionamento si basa sulla spinta di un singolo cilindro centrale.
Presse Idrauliche a Barra di Torsione: Le presse idrauliche a barra di torsione sono precursori delle moderne presse piegatrici sincronizzate. Il movimento è ottenuto attraverso una coppia di pistoni idraulici, con movimenti limitati su tre assi: x per il carro posteriore, z per l’altezza del carro posteriore e y per la discesa della traversa.
Presse Idrauliche Sincronizzate: Questo tipo di macchine è la moderna evoluzione delle presse piegatrici. Il movimento della traversa superiore è gestito da due cilindri idraulici indipendenti regolati da valvole proporzionali.
Pressopiegatrici Elettriche: Le pressopiegatrici elettriche rappresentano l’ultima evoluzione tecnologica in questo settore. Il movimento della traversa è azionato elettricamente tramite sistemi come viti a ricircolo o cinghie.

Metodi di Piegatura

Esistono diversi metodi di piegatura della lamiera, ognuno con i propri vantaggi e svantaggi:

Piegatura Libera: La lamiera è posizionata su una matrice e piegata mediante l’azione di un punzone cuneiforme. La piegatura avviene fino a un angolo specifico determinato dalla profondità raggiunta dalla lamiera nella matrice.
Piegatura a V: Coinvolge l’alloggiamento del pezzo sulla matrice a forma di U o V. La profondità dello stampo e l’angolo di curvatura possono essere regolati per garantire precisione e versatilità.
Curvatura a U: Concettualmente simile alla curvatura a V ma produce una curva a U invece di una forma a V.
Piegatura dal Basso: Comprime la lamiera sul fondo dello stampo per creare la forma e l’angolo desiderati. Questo metodo elimina il ritorno elastico della lamiera compressa, garantendo una conformità permanente nella struttura finale.
Piegatura ad Aria: Non richiede l’uso di utensili specifici ed è meno precisa rispetto ad altri metodi come la coniatura o il fondo. Durante questo processo, la lamiera è pressata tra un punzone superiore e una matrice inferiore a V.
Coniatura: Un metodo desiderabile per la sua precisione e la capacità di distinguere le lamiere. In questo processo, un punzone preme completamente la lamiera fino al fondo cavo della matrice inferiore.
Appiattimento: Avviene in due fasi: una pre-piega seguita da una schiacciatura completa o parziale della lamiera.
Piegatura a Rulli: Ideale per produrre forme curve o rotoli nella lamiera. Utilizzando una pressa piegatrice e tre serie di rulli, questo metodo consente di creare curve e piegature di diversi tipi.
Piegatura dei Bordi: Questo metodo piega i bordi della lamiera utilizzando uno stampo a strisciamento e un punzone che applica una forza sul bordo della lamiera.
Piegatura Rotativa: Consente di ottenere pieghe angolari senza lasciare segni sulla superficie della lamiera.

Vantaggi della Piegatura rispetto alla Saldatura

La piegatura della lamiera rappresenta una soluzione preferibile in molte applicazioni rispetto alla saldatura, offrendo una serie di vantaggi significativi:

Estetica migliorata: In molte situazioni, l’aspetto estetico di un progetto è altrettanto importante quanto la sua funzionalità.
Facilità di verniciatura: Una superficie liscia e priva di saldature fornisce una base ideale per le procedure di verniciatura.
Riduzione degli errori: La piegatura dei metalli tramite sistemi automatici offre una maggiore precisione rispetto alla saldatura manuale. I processi automatizzati eliminano o riducono al minimo gli errori umani, garantendo risultati più accurati e consistenti.
Riduzione del numero di pezzi: La piegatura della lamiera può ridurre il numero complessivo di pezzi necessari per un determinato progetto. Questo semplifica la gestione e la rielaborazione dei pezzi nel software CAD, quando necessario.
Miglioramento dell’irrigidimento della struttura: La piegatura dei metalli può contribuire significativamente all’irrigidimento della struttura, fornendo una maggiore resistenza e stabilità al prodotto finito.

Fattori Critici nel Processo di Piegatura

Il processo di pressopiegatura è influenzato da vari fattori meccanici:

Forza di piegatura: La quantità di forza applicata influisce direttamente su profondità e angolazione della piega.
Angolo di piegatura: L'angolo con cui il punzone preme sul metallo determina la nitidezza della piega.
Tipo di metallo e spessore: Diversi metalli e vari spessori reagiscono in modo diverso alla pressopiegatura a causa delle loro proprietà meccaniche intrinseche, come la durezza e la duttilità.

Considerazioni di Progettazione

Spessore uniforme delle pareti: Assicurare uno spessore uniforme delle pareti dei pezzi.
Distanza tra le scanalature e i fori: Mantenere una distanza adeguata tra i fori e le scanalature rispetto alla piegatura.
Raggio di curvatura: I raggi di curvatura devono essere attentamente calcolati per evitare rotture o deformazioni durante la piegatura.
Curve successive: Quando possibile, evitare di posizionare curve successive una accanto all'altra.
Distanze tra linguette e tacche: Mantenere una distanza adeguata tra le pieghe e gli intagli è essenziale per evitare deformazioni e strappi.
Tagli in rilievo: L’utilizzo di tagli in rilievo è cruciale per prevenire rigonfiamenti e strappi durante la piegatura.
Combinazione con altre operazioni: La piegatura della lamiera può essere combinata con altre operazioni come coniatura e imbutitura per ottenere forme e geometrie complesse.
Orientamento rispetto alla direzione di laminazione: Per evitare la “criccatura” delle porzioni di lamiera, è consigliabile che il processo di piegatura avvenga ortogonalmente alla direzione di laminazione del materiale.
Consultazione di tabelle di riferimento: Utilizzare tabelle di riferimento per determinare i raggi di curvatura minimi in base al materiale e allo spessore della lamiera.
Considerazioni di sicurezza: Assicurarsi di adottare le necessarie misure di sicurezza durante il processo di piegatura, sia per quanto riguarda le macchine che gli strumenti utilizzati.
Studio di fattibilità e Progettazione dettagliata.

Materiali e Preparazione

La scelta del materiale appropriato per la pressopiegatura dipende da diversi fattori, inclusi la resistenza del materiale, la duttilità, lo spessore del foglio e la complessità del componente da realizzare. I materiali comunemente utilizzati includono:

Acciaio: molto versatile, disponibile in diverse leghe e gradi di durezza, adatto a varie applicazioni industriali.
Alluminio: leggero e resistente, ideale per applicazioni in cui il peso è un fattore critico, come nei settori automotive e aeronautico.
Acciaio inossidabile: noto per la sua resistenza alla corrosione e alla ruggine, utilizzato in ambienti esposti a condizioni severe o per la realizzazione di prodotti che richiedono elevati standard igienici.
Rame e le sue leghe: comunemente usato per la sua eccellente conduttività elettrica e termica, ideale per componenti elettrici.

Prima di iniziare il processo di pressopiegatura, è essenziale eseguire una serie di preparazioni per assicurare che il materiale e la macchina siano pronti per la produzione:

Pulizia: i fogli di metallo devono essere puliti per rimuovere olio, grasso, polvere o altre impurità che potrebbero influenzare la qualità della piega.
Lubrificazione: l'applicazione di un lubrificante adeguato riduce l'attrito tra il metallo e gli strumenti di piegatura, facilitando il processo e la finitura del prodotto.
Calibrazione degli strumenti: ci si deve assicurare che tutti gli strumenti e le apparecchiature, inclusi punzoni e matrici, siano correttamente calibrati e in buono stato.

Utensili: Punzoni e Matrici

Nelle presse piegatrici si utilizzano:

UTENSILI SUPERIORI: detti punzoni o coltelli.
UTENSILI INFERIORI: detti matrici, cave o raramente prismi.

Lo standard più diffuso è quello chiamato “europeo” con gli intermediari Promecam (dall’azienda francese, ormai chiusa, che per prima li produsse e li diffuse), in tutte le sue derivazioni e miglioramenti. Esistono intermediari Promecam con bloccaggio manuale, pneumatico, idraulico, attacco rapido, ecc. Questi intermediari fanno da “cuscinetto” tra gli utensili e il pestone e solitamente sono dotati di un cuneo posteriore con il quale se ne regola l’altezza, correggendo di fatto la chiusura degli angoli. Hanno spesso delle placchette che possono essere smontate per consentire l’installazione di utensili rovesci, se ve ne fosse bisogno.

L’altro standard (in realtà ne racchiude diversi) è quello che utilizza utensili generalmente più alti e, soprattutto, coassiali. La differenza ulteriore che si nota è l’assenza di intermediari tra utensili e pestone: i punzoni vengono fissati direttamente alla traversa mediante diversi tipi di attacco. Un modello molto diffuso è l’attacco Wila, chiamato da alcuni “standard americano”.

Indipendentemente dallo standard, la scelta degli utensili è un’azione da compiere con cura e valutando molteplici aspetti quali tipo di materiale, spessore, piega da ottenere e ingombri del pezzo. I punzoni, ad esempio, presentano una forma ben specifica che ne rivela, già a prima vista, lo scopo per cui sono stati realizzati. Un punzone avente un grande incavo, chiamato in gergo “collo di cigno”, è sicuramente stato realizzato per poter ottenere pezzi a C profonda, con doppie pieghe che altrimenti genererebbero collisioni.

Come si può ben notare, è presente un reticolato che serve ad indicare gli ingombri raggiungibili con quel punzone specifico su un pezzo da piegare. Il risultato che si ottiene è da considerarsi puramente indicativo, in quanto possono esserci condizioni in cui è necessario scegliere una matrice con una larghezza di V minore (ad esempio, in presenza di bordi minimi ridotti o di fori vicino alla linea di piegatura).

Parametri Importanti

Ritorno Elastico: La tendenza di un materiale in lamiera a tornare parzialmente alla sua forma originale dopo essere stato piegato o deformato. Per gestire il ritorno elastico durante la piegatura della lamiera, è spesso necessario piegare la lamiera leggermente oltre la posizione o l’angolo desiderati.
Tolleranza di Piegatura: La variazione consentita rispetto alle dimensioni specificate per un pezzo in lamiera dopo essere stato piegato.
Coefficiente di Piegatura (Fattore K): Un parametro fondamentale utilizzato nel processo di piegatura della lamiera. Esso tiene conto delle proprietà meccaniche del materiale, dello spessore della lamiera, dell’angolo di piegatura e del metodo di piegatura specifico.
Tonnellaggio: La quantità di forza necessaria per eseguire con successo il processo di piegatura.
Raggio Interno: La curvatura interna che si forma durante il processo di piegatura della lamiera.
Bordo Minimo: La più piccola distanza tra il bordo piegato della lamiera e il punto di piegatura.

Esempio Pratico

In presenza di uno spessore di 3 mm di S235 (acciaio al carbonio da carpenteria tra i più utilizzati) è consigliata una matrice da V= 25. s*8 in questo caso risulta 24, ma 25 è la misura commerciale più vicina. Nulla vieta, ovviamente, di utilizzare una matrice con V=20; è però sconsigliato scendere ancora a valori, ad esempio, di V= 16. Ciò comporta una difficile standardizzazione delle lavorazioni.

C’è anche da considerare che le misure del pezzo finito variano al variare della larghezza V della matrice, in virtù del fatto che minore è tale larghezza, più piccolo è il raggio interno naturalmente scaturito sul pezzo. Per l’acciaio inossidabile Aisi 304 tale valore va moltiplicato per 1,4.

Tipologie di Piegatura

Piega in aria: il punzone spinge la lamiera in una matrice con cava a V dove l’ angolo di piega varia in base alla profondità raggiunta dal punzone. È una tecnica semplice indicata anche per spessori più consistenti.
Coniatura: al contrario della piega in aria, il punzone e la matrice entrano in contatto completamente. Il punzone, quindi, spinge la lamiera fino in fondo alla matrice provocando una piegatura precisa e senza possibilità di ritorno elastico.
Schiacciata: processo suddiviso in due parti, una pre-piega in aria a 26°-35° e, in seguito, una piegatura totale o parziale a seconda della forza applicata. Questo tipo di piega assicura una maggiore rigidità della lamiera e una finitura del bordo non tagliente.

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