Processo di formatura 3DEXPERIENCE Make

Formatura

Scoprite cos'è il processo produttivo di formatura, come funziona e come si utilizza nell'industria.

Qual è il processo di formatura?

Generalmente classifichiamo le operazioni di formatura in base alle differenze di sollecitazione effettiva. La formatura a compressione comporta un carico di compressione uni- o multiassiale e comprende i processi:

  • laminazione, in cui il materiale passa attraverso una coppia di rulli,
  • estrusione, in cui una macchina spinge il materiale attraverso un orifizio,
  • formatura a stampo, in cui una pressa imprime il materiale intorno o su uno stampo,
  • forgiatura, in cui forze di compressione localizzate modellano il materiale
  • la dentellatura, in cui un utensile viene premuto nell'oggetto.

Esistono altri processi di formatura:

  • formatura a trazione, mediante sforzi di trazione uni- o multiassiali (stiramento, espansione e incassatura),
  • formatura combinata a trazione e compressione (stampaggio, trazione attraverso uno stampo, ecc.),
  • piegatura sotto carico di flessione,
  • cesoiatura.

La formatura può essere a caldo (forgiatura, stampaggio, imbutitura...), a freddo (estrusione, piegatura, imbutitura...) o elettromagnetica.

Il processo di formatura per estrusione dei metalli

L'estrusione consiste nel modellare un materiale premendolo con un utensile meccanico o idraulico. Può essere a caldo o a freddo, continua o semicontinua. Questo processo può produrre forze di compressione e di taglio nel materiale di base. Durante l'operazione, le leghe metalliche subiscono una notevole deformazione senza essere strappate. Gli oggetti ottengono quindi un profilo trasversale e sono adatti a un'ampia gamma di applicazioni. Uno dei principali fattori trainanti del mercato dell'estrusione di materiali rimane la crescente domanda di alimenti pronti per il consumo (pasta pronta, cereali, barrette, ecc.).

L'alluminio rimane il materiale più comunemente estruso, a caldo o a freddo. Le dimensioni del mercato dell'estrusione di alluminio potrebbero aumentare di 6,76 milioni di tonnellate dal 2020 al 2024. I prodotti sono ampiamente utilizzati in varie applicazioni, tra cui le coperture per gli edifici prefabbricati. Tuttavia, la crescita dei settori automobilistico, logistico, farmaceutico, dei beni di consumo e della vendita al dettaglio stimolerà ulteriormente questa domanda. D'altro canto, i servizi di formatura utilizzano l'ottone per estrudere barre non corrosive, parti di automobili, raccordi per tubi e parti tecniche.

Il processo di stampaggio

Durante lo stampaggio, una pressa o uno stampo deformano il metallo. Come gli stampi, questo strumento viene solitamente adattato al prodotto. I prodotti realizzati con gli stampi vanno da semplici graffette a parti complesse applicate a tecnologie avanzate.

I produttori possono utilizzare due strumenti per formare la lamiera, come i componenti della carrozzeria automobilistica. Uno, chiamato punzone, esegue le operazioni di stiramento, piegatura e/o taglio. L'altro, chiamato blocco matrice, blocca saldamente il pezzo e svolge un'analoga operazione di stiramento, piegatura e/o taglio.

Il mercato globale dello stampaggio dei metalli è valutato a 140.300 milioni di dollari nel 2020 e si prevede che raggiungerà i 165.950 milioni di dollari entro la fine del 2026.


Formatura della lamiera

La lamiera è una delle forme di base utilizzate nella lavorazione dei metalli e può essere tagliata e piegata in varie forme. Il mercato globale della lamiera ha raggiunto 265 miliardi di dollari nel 2018. Dal 2019 al 2025, probabilmente registrerà un CAGR del 5,0%. Innumerevoli oggetti di uso quotidiano sono realizzati con questo materiale: carrozzerie di auto e camion, fusoliere e ali di aerei, tavoli medici, tetti di edifici e altro ancora.

La formatura della lamiera può essere realizzata con diverse tecniche:

  • stampaggio, in cui il metallo viene allungato su una forma o uno stampo,
  • l'espansione, che consiste nel tagliare o stampare fessure in modo alternato, quindi allungare la lamiera a fisarmonica. È perfetto per le applicazioni in cui è necessario un flusso d'aria e d'acqua,
  • taglio laser, in cui il raggio laser riscalda e brucia il materiale, rendendo possibile il taglio della lamiera. 
  • Lavorazione fotochimica, che è un processo di corrosione strettamente controllato. L'obiettivo è produrre parti metalliche complesse con dettagli molto fini,
  • formatura con pressa piegatrice, utilizzata per progettare oggetti in lamiera lunghi e sottili,
  • punzonatura, consiste nel posizionare la lamiera tra un punzone e uno stampo montato in una pressa.
  • Laminazione, durante la quale una o più coppie di rulli riducono lo spessore del pezzo. Si utilizza per rendere uniforme lo spessore,
  • stampaggio,
  • taglio a getto d'acqua, per l'erosione controllata del metallo o di altri materiali utilizzando un getto d'acqua ad alta velocità e pressione o una miscela di acqua e sostanza abrasiva.

Che cos'è la formatura dei metalli?

La formatura di un materiale mira a dargli una forma particolare, seguendo una serie di tecniche specifiche. Questo processo consente di rimodellare un pezzo senza aggiungere o rimuovere materiale in metallurgia. I produttori possono realizzarlo grazie a diversi metodi. A fronte di numerose richieste, il mercato globale delle macchine utensili per la formatura dei metalli raggiungerà i 48,67 miliardi di dollari entro il 2026.

Quale materiale scegliere per la formatura dei metalli?

Tecniche specifiche di formatura dei metalli possono rimodellare i pezzi come l'estrusione, lo stampaggio o la formatura della lamiera. Tra i metalli più comunemente utilizzati vi sono l'alluminio, l'acciaio e l'ottone, ma anche il rame, lo stagno, il piombo, il magnesio, lo zinco e il titanio.

La scelta del materiale per la formatura dipende dal metodo. A seconda delle proprietà del metallo, esso sarà più o meno facilmente lavorabile. I metalli con un maggiore carico di snervamento e un maggiore ritorno elastico (acciaio inossidabile, acciai strutturali, acciai HSLA [High Strength Low Alloy] ecc. I materiali con minore resistenza allo snervamento e minore ritorno elastico (acciaio dolce, alluminio, metalli rossi come il bronzo, l'ottone, il rame, ecc. Un nastro di acciaio inossidabile può richiedere una forza doppia rispetto alla stessa lunghezza di acciaio dolce.

L'alluminio

L'alluminio ha un eccellente rapporto resistenza/peso, un'elevata conducibilità termica ed elettrica e una naturale protezione dalla corrosione. 

Questo metallo è favorito dal processo di estrusione, sia a caldo che a freddo. L'industria automobilistica ne fa largo uso, poiché l'alluminio contribuisce alla produzione di automobili più ecologiche e più efficienti dal punto di vista dei consumi, riducendo così l'impronta di carbonio delle aziende e dei loro clienti. Il materiale è facilmente riciclabile e resiste a tutte le forme di corrosione, garantendo la durata a lungo termine del veicolo.

Anche la formatura della lamiera si basa principalmente su questo materiale. L'interesse di questa tecnica risiede nella deformazione elastica e plastica che provoca.

Ottone

L'ottone ha una buona lavorabilità e un'eccellente conducibilità elettrica. È quindi ideale per le applicazioni che richiedono un basso attrito. Viene anche utilizzato in architettura per creare elementi di aspetto dorato a fini estetici.

L'ottone viene utilizzato per estrudere barre non corrosive, parti di automobili, raccordi per tubi e parti tecniche. È perfetto anche per i processi di stampaggio che richiedono metalli con durezza da morbida a media e un basso coefficiente di scorrimento.

Acciaio

L'acciaio inossidabile può essere facilmente saldato, lavorato e lucidato. È molto utilizzato nei processi di stampaggio. L'acciaio dolce, o acciaio a basso tenore di carbonio, è utilizzato per produrre parti di macchine, maschere e dispositivi. L'acciaio legato, invece, contiene altri elementi di lega, oltre al carbonio, per migliorare la durezza, la tenacità, la resistenza alla fatica e all'usura. 

Sebbene per i processi di estrusione si utilizzi normalmente l'acciaio al carbonio, è possibile realizzarlo anche con l'acciaio legato e l'acciaio inossidabile.

La formatura delle lamiere impiega spesso questo metallo. Nel 2018, l'acciaio ha rappresentato la quota di volume maggiore del mercato della lamiera, con il 91,7%. I prodotti che ne derivano sono molto richiesti nei settori automobilistico, edile, dell'industria pesante (petrolio e gas), alimentare e chimico. Le lamiere in acciaio inox sono utilizzate per produrre pentole e utensili come lavelli, griglie, fornelli e pentole. Si possono utilizzare anche per costruire lavastoviglie, piani di lavoro, frigoriferi e lavatrici.

Il rame

Il rame può essere formato per estrusione per produrre, ad esempio, tubi, fili, barre, tubi ed elettrodi per saldatura. Il rame berillio è adatto anche ai processi di stampaggio.

Stagno e piombo

La formatura di stagno e piombo viene effettuata per produrre tubi, fili, tubi e guaine per cavi. Il piombo fuso può anche essere utilizzato al posto delle billette nelle presse di estrusione verticali.

Magnesio

Anche l'industria aeronautica e quella nucleare estrudono il magnesio per ottenere componenti. Il magnesio sembra essere estrudibile quanto l'alluminio.  

Zinco

I produttori utilizzano la formatura dello zinco per dare forma a barre, profilati, tubi, componenti di ferramenta e raccordi durante l'estrusione. Questo metallo è ottimo anche per i processi di stampaggio.

Titanio

Il titanio viene estruso per produrre componenti per aerei, tra cui guide per sedili, anelli per motori e altre parti strutturali.

I processi di stampaggio possono utilizzare anche argento, oro, platino e nichel.

Quali industrie sono coinvolte nella formatura dei metalli?

La formatura dei metalli è un processo che consente di rimodellare un pezzo senza aggiungere o rimuovere materiale, utilizzando varie tecniche. La crescente evoluzione dei produttori verso una maggiore produttività ha portato negli ultimi anni all'adozione di strumenti automatizzati. I settori automobilistico, aerospaziale e delle costruzioni sono i più coinvolti nella formatura dei metalli.

L'industria automobilistica

Il settore automobilistico detiene la maggiore quota di mercato degli utensili per la formatura dei metalli per passeggeri, veicoli commerciali ed elettrici e nel 2018 deteneva già il 43,8% del mercato. Il pilastro fondamentale della sua crescita è rappresentato dai progressi tecnologici che offrono soluzioni di design leggero, connettività continua e guida automatizzata. Si prevede che le norme più severe sulle emissioni, la riduzione del peso delle auto e l'aumento della domanda di risparmio di carburante stimoleranno il mercato della formatura dei metalli nei prossimi anni.

L'innovazione in questo settore dipende dalle nuove tecnologie. Pertanto, il software e l'IoT rimangono validi ausili per lo stampaggio della lamiera. Ad esempio, nel 2018 Audi stava lavorando alla progettazione di rotori e statori utilizzati nei motori elettrici. La possibilità di produrre internamente ha comportato un risparmio da 17,15 a 28,58 dollari per motore, oltre a una notevole efficienza e autonomia.

L'industria aerospaziale

L'industria aeronautica e spaziale richiede spesso componenti con tolleranze elevate, geometrie complesse e densità ridotta per i razzi, ma anche per gli aerei.

Questo settore sfrutta la formatura per:

  • elementi strutturali e pannelli di rivestimento, da piccole parti poco profonde a grandi parti profonde, in leghe di alluminio, acciaio inox e titanio.
  • componenti di motori, comprese le parti stampate, realizzate in materiali ad alta resistenza e termoresistenti.

L'idroformatura della lamiera è utilizzata per formare in modo economico pezzi di basso volume e componenti di prototipi. Per lo stesso motivo, lo stampaggio rimane un metodo preferito, in particolare per la formatura di leghe ad alta resistenza utilizzate per i componenti dei motori a reazione.

L'industria dei beni di consumo

Questo settore fa largo uso della formatura dei metalli per vasi, lattine e rivestimenti in genere.

Nel caso dei contenitori, la formatura delle lamiere deve non solo fornire una qualità standardizzata, ma anche essere adattata alla loro particolare applicazione. Per esempio, alcuni tipi di acciaio inossidabile, come il 430, sono resistenti ad acidi e alcali lievi, ma il sale li corrode facilmente. Se il processo di produzione alimentare prevede l'uso di grandi quantità di sale, l'acciaio inox 316 è una scelta migliore. Alcune apparecchiature più specializzate possono anche richiedere che i vassoi o i cestini metallici abbiano dimensioni molto specifiche per garantire un adattamento coerente. Lo stampo metallico dovrà rispettare una stretta tolleranza del pezzo durante la formatura.

Oggi, per soddisfare le esigenze della formatura personalizzata, si eseguono test virtuali. Questo processo di garanzia della qualità viene prodotto in pochi minuti e consente di correggere immediatamente eventuali difetti di progettazione. 

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