Stampaggio di prototipazione mediante colata e colata a pressione
Il metallo viene estratto dal minerale grezzo nella fonderia e gettato nell'impianto della fonderia. Quest'area della lavorazione del metallo viene chiamata prototipazione e comporta la formatura del metallo senza l'utilizzo di tecniche di lavorazione. Questo processo è di primario interesse per l'industria dei prodotti semilavorati.
Le macchine di pressocolata e gli impianti di fusione della ghisa, invece, lavorano direttamente i metalli che escono dell'impianto di fusione fino ad ottenere i prodotti finali. Fanno parte dei macchinari per la fonderia i forni, le vasche, le macchine per colata continua e le macchine per estrusione, mediante il cui uso vengono prodotti dei profili e dei semilavorati.
Formatura dei metalli
Dopo aver creato un prototipo metallico, il metallo viene laminato e trasformato in blocchi, lastre o strisce. Questi sono i primi passi del processo di formatura. Il metallo viene quindi trasformato da una forma all'altra pressando, arrotolando, piegando, avvolgendo o forgiando, usando una macchina progettata per ogni passo.
- I rulli sono utilizzati nelle operazioni di lavorazione dell'acciaio e delle lamiere per raddrizzare e assemblare fogli sottili
- Le presse possono dar forma ad un'ampia varietà di prodotti finali a partire dai blocchi metallici forniti
- Le presse piegatrici piegano le lamiere nell'angolatura desiderata
- Le presse di forgiatura sono utilizzate particolarmente per pezzi solidi su larga scala. Sono spesso utilizzate per preparare componenti che saranno sottoposti a grandi forze / trazioni
La forgiatura produce prodotti particolarmente duri e resilienti. Al fine di forgiare pezzi più complessi, come gli alberi a gomiti, accade spesso che diversi utensili di forgiatura vengano usati uno dopo l’altro. Questi poi danno al pezzo la forma desiderata attraverso passaggi incrementali.
Questi processi di formatura, tuttavia, non alterano la massa del metallo, ma questo non avviene nella maggior parte delle procedure di lavorazione del metallo. Le presse piegatrici, le macchine da taglio e le presse generali sono note come macchine per la lavorazione della lamiera.
Processi di separazione
I processi di separazione includono la lavorazione di pezzi utilizzando le seguenti macchine:
Le ‘macchine per la divisione’ più semplici nell’industria dei metalli sono le cesoie per lamiera e le macchine per la cesoiatura, che tagliano la lamiera in una direzione lineare.
Le macchine per la punzonatura e la perforazione possono quindi essere utilizzate per punzonare delle sezioni predefinite del foglio.
Quando si tratta di lavorazioni fini, le fresatrici CNC sono la scelta numero uno. Possono lavorare i blocchi metallici in qualsiasi modo e possono produrre contorni molto complessi.
I torni, invece, vengono utilizzati per produrre parti tornite per mezzo di una rotazione simmetrica. Le fresatrici e i torni appartengono al settore della lavorazione.
Le fresatrici CNC di più elevata qualità sono i centri di lavoro. Possono eseguire dei processi di produzione sia con un'eccellente precisione ripetuta, sia con una qualità costante.
I centri di lavoro CNC sono alcune delle macchine più complesse, all'avanguardia e costose presenti nell'industria metallurgica, e ciò vale anche quando si acquistano delle macchine usate.
Un tipo speciale di macchina di fresatura / rettifica è la macchina dentatrice, che viene utilizzata per creare ingranaggi e altre ruote dentate. Gli ingranaggi e altri prodotti simili devono avere una precisione costante, anche nella produzione in serie, il che significa che le macchine devono essere di qualità estremamente elevata. La macchina dentatrice è simile ai centri di lavoro convenzionali, ma presenta alcune funzioni speciali appositamente adattate per il loro compito. Una macchina dentatrice (che include anche macchine per la laminazione e la rettifica di ingranaggi) si trova solitamente a valle di un impianto di indurimento, che rende gli ingranaggi metallici altamente resilienti.
Un altro macchinario di lavorazione diffuso ma semplice è la macchina foratrice. Viene utilizzata per realizzare fori ciechi e fori passanti, nonché filettature. Oggi le macchine perforatrici sono spesso integrate nei centri di lavoro CNC.
La finitura e la lavorazione delle superfici vengono quindi eseguite mediante macchine per la molatura, lucidatura e lappatura. Esse garantiscono che il processo di abrasione rimuova solamente un centesimo o millesimo di millimetro, per ottenere quindi dei risultati estremamente precisi. Oltre a raggiungere le tolleranze desiderate, le macchine per la molatura, lucidatura e lappatura servono anche per preparare i metalli per la galvanizzazione. Applicare finiture cromate ai prodotti metallici richiede anche un trattamento accurato di lucidatura.
Un tipo speciale di macchine di divisione e abrasione è la macchina a erosione. Queste "macchine per la saldatura inversa" funzionano usando una corrente elettrica e possono creare delle cavità altamente precise nei blocchi di metallo. Le macchine per erosione sono spesso utilizzate per la costruzione di utensili e producono utensili resilienti altamente precisi per presse, punzonatrici e macchine per colata a pressione / iniezione.
Tagliare i metalli senza utensili
Oltre ai processi di divisione meccanica, quali la segatura, la fresatura e la molatura, esistono anche alcuni metodi per tagliare i metalli che non richiedono alcun utensile.
Il modo più semplice ed economico di tagliare il metallo in pezzi è il taglio a fiamma. Ciò comporta una fiamma che consuma gas combustibile e ossigeno ad alta temperatura che viene guidata attraverso un pezzo di metallo.
Può essere un metodo abbastanza grezzo, e produce vuoti imprecisi di diversi millimetri anche quando viene azionato utilizzando delle attrezzature CNC. Il taglio a fiamma crea anche una zona di diversi millimetri lungo i bordi di taglio in cui il metallo si indurisce in larga misura. Se non si desidera che ciò si verifichi nel prodotto finale, questa "zona colpita dal calore" deve essere molata.
Il taglio al plasma è simile al taglio a fiamma, ma è più preciso e meno soggetto a creare zone di indurimento dovuto al calore. Utilizzando una guida CNC e un tavolo di tiro, il taglio al plasma può produrre contorni molto precisi anche su un materiale spesso.
Le macchine per il taglio a fiamma e al plasma richiedono un materiale di partenza che sia spesso almeno qualche millimetro. Il taglio al plasma e a fiamma può essere utilizzato anche su materiali fino a diversi centimetri di spessore.
Quando si tratta di fogli sottili, il taglio laser è la scelta ideale. Produce risultati estremamente fini e precisi senza avere come risultato alcuna significativa perdita di taglio. A differenza del taglio a fiamma, non è possibile realizzare un taglio laser utilizzando un dispositivo portatile. Le macchine per il taglio laser sono generalmente delle tavole di lavoro fisse con controllo numerico computerizzato (CNC).
Nei casi in cui si preferiscano dei processi di taglio a freddo, il taglio a getto d'acqua è il percorso da intraprendere. Questo metodo coinvolge un getto d'acqua molto forte e perforante ed un mezzo abrasivo che taglia un materiale metallico in fogli. Conosciuta anche come "aqua cut", questa procedura non produce zone affette da calore di alcun tipo, e può raggiungere livelli di precisione molto alti.
Unione dei metalli
Il processo più utilizzato per unire i metalli è la saldatura. La forma più semplice di saldatura è la saldatura a frizione, ma è raramente utilizzata. I processi di saldatura ad arco sotto protezione elettrica e gas sono molto più diffusi. La saldatura ad arco sommersa (SAW) è la scelta ideale per lamiere metalliche molto spesse.
I dispositivi di saldatura ad arco sotto protezione elettrica e a gas sono disponibili a partire da utensili portatili fino ad arrivare ai macchinari di grandi dimensioni come sono le saldatrici stazionarie. I dispositivi di saldatura a frizione e SAW sono utilizzati solo per la lavorazione di parti di grandi dimensioni.
Altri metodi di unione metallica includono la rivettatura e l'incollaggio.
Trattamenti superficiali dei metalli
Accanto alla molatura e alla lucidatura troviamo altre macchine per il trattamento superficiale progettato per essere usate sui metalli, che possono essere suddivise in "macchine di rivestimento" e "macchine di trattamento”.
Macchine di rivestimento
Le macchine di rivestimento utilizzate nell'industria metallurgica sono principalmente sistemi di rivestimento galvanico. Coprono il prodotto metallico finito con uno strato sottile fatto di zinco, rame, oro o cromo. I sistemi di rivestimento galvanici più semplici sono noti come impianti di zincatura a caldo. Sono utilizzati principalmente sui prodotti in acciaio per fornire una protezione permanente contro la corrosione.
Anche i sistemi di cromatura sono ampiamente utilizzati. Questi sono complessi e utilizzano una procedura di immersione in più fasi dove i prodotti metallici vengono rivestiti con uno strato sottile di cromo lucido.
Oltre alla zincatura, esistono anche delle procedure di verniciatura a polvere che possono essere utilizzate sui prodotti in metallo. Ciò comporta il sottoporre i prodotti finiti ad una corrente elettrica che poi li induce ad attirare un rivestimento in polvere che viene spruzzato nella loro direzione. Una volta rivestiti con una polvere a base di plastica, i prodotti vengono portati in un forno dove le materie plastiche si fondono e formano una superficie senza soluzione di continuità che protegge il metallo dalla corrosione per tutta la durata della sua vita e dà al prodotto il colore desiderato.
I metalli possono anche essere rivestiti utilizzando qualsiasi numero di procedure di verniciatura e adesione.
Macchine per il trattamento
I principali tipi di macchine per il trattamento del metallo sono degli impianti di indurimento/ tempra che utilizzano calore. Questi sono costituiti da una fornace di ricottura e da un bagno d'olio, e lavorano riscaldando e raffreddando rapidamente il pezzo per creare una zona superficiale resiliente e temperata. I prodotti metallici temprati vengono spesso usati quando si prevedono dei processi di abrasione: le ruote dentate, gli involucri dei cuscinetti, gli alberi e i percorsi di trituratura sono spesso dotati di una superficie temprata per aumentare la durata del prodotto finale.
Controlli di precisione con macchine di misurazione e prova
Un prodotto finale va tanto bene quanto il suo componente peggiore. Per questo motivo sono state sviluppate una serie di macchine di misurazione e prova per garantire che ogni singola parte di una costruzione possieda esattamente le proprietà e le dimensioni giuste. Il test del materiale è una componente molto speciale della lavorazione del metallo. Può essere approssimativamente suddiviso in metodi di prova "distruttivi" e "non distruttivi"
Procedure di prova dei metalli distruttive
La macchina classica utilizzata per le prove distruttive è la macchina universale di prova di trazione, che lavora bloccando un campione metallico o in un dispositivo di tensione, tirandolo fino a quando non si divide. Questo aiuta a definire con precisione le zone elastiche e di deformazione di un materiale.
Anche i martelli a impatto con intaglio sono un metodo ampiamente utilizzato per indagare la resilienza di un materiale. Essi implicano un martello rotante che colpisce un campione metallico sulla sua larghezza determinare la forza necessaria per romperlo.
Le macchine per la prova di durezza necessitano anche di un campione preciso, pre-trattato, che penetrano con una forza determinata usando un ago per misurare quanto va a fondo l'ago nel materiale. Negli ultimi anni, l'uso diffuso di macchine manuali per la prova di durezza sta cominciando a lasciare il posto ai sistemi automatizzati.
Per ottenere una panoramica completa di una composizione del prodotto metallico, la macchina da utilizzare è lo spettrometro che esamina da vicino la struttura del metallo e tutte le leghe presenti.
Procedure di prova dei metalli non distruttive
I metodi di prova che non distruggono il campione includono approcci visivi, tattili e più penetranti.
I processi di prova visiva dei metalli comprendono tutti i passaggi di prova che possono essere eseguiti ad occhio nudo: partendo dal righello fino al nastro di misura, cursore di misurazione, vite di prova, lente d'ingrandimento o microscopio - l'industria offre un'ampia selezione di diversi strumenti di prova per l'ispezione visiva. Oggi questi sono spesso supportati da dispositivi di misurazione laser altamente precisi.
I metodi di misurazione tattili possono riguardare, ad esempio, i sistemi di misurazione con coordinate 3D che funzionano portando una sonda altamente sensibile o una testa di scansione su un prodotto metallico per misurare la sua precisione dimensionale in una selezione di punti predefiniti. Questo approccio viene spesso utilizzato per il controllo di costruzioni saldate.
Vengono usati due approcci principali per dare un'occhiata all'interno del metallo senza distruggerlo: i raggi X e gli ultrasuoni. I raggi X sono molto precisi e affidabili, ma sono pericolosi, a causa delle radiazioni prodotte, cosa che diventa particolarmente problematica, poiché alcune prove possono richiedere diverse ore (a seconda dello spessore del materiale). Le procedure a ultrasuoni, al contrario, sono molto più rapide, meno pericolose e possono essere eseguite con dispositivi a mano o stazionari.
