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Tecniche di piegatura della lamiera

Chi lavora nel campo della piegatura della lamiera, sa che lavorare il metallo, anche a livello industriale, è una vera e propria arte.

Quando si parla di deformazione della lamiera è bene distinguere innanzitutto quali sono le tre principali tipologie, perché ognuna di esse influenza il calcolo e lo sviluppo della lamiera. Ecco quindi che una buona comprensione di come è fatta una pressa piegatrice, unita ad una conoscenza solida dei principi di progettazione, può migliorare significativamente la qualità del prodotto finale.

Quali sono le tipologie di piegatura della lamiera

La piegatura della lamiera è un processo di lavorazione meccanica a freddo che deforma permanentemente il materiale applicando forze tramite un punzone. Esistono diverse tecniche di piegatura della lamiera, ciascuna adattata ai risultati desiderati. L'attrezzatura principale comprende uno stampo costituito da un punzone, azionato da una pressa piegatrice, e una matrice, spesso a forma di V, scelta in base al tipo di piegatura da eseguire. La combinazione di questi elementi, uniti alle peculiarità del materiale da lavorare, possono creare risultati di piega diversi tra loro.

Piegatura in aria

La piegatura in aria deve il suo nome al fatto che la lamiera viene lavorata in sospensione, senza alcun contatto tra il pezzo e le facce interne della matrice. 

Di fatto, rimane uno spazio tra il fondo della cava e la lamiera. 

Ad oggi, questa modalità è sicuramente la più diffusa nella piegatura a tre punti, in quanto è lo standard nelle macchine nuove. 

Caratteristiche della piegatura in aria

Le caratteristiche della piegatura in aria sono davvero molteplici, soprattutto se relazionata con le altre due modalità. 

  • È la più versatile, in quanto consente di ottenere una gamma più vasta di angoli di piega: da 180° a valori inferiori a 90° fino al limite massimo della matrice, ossia dal valore del suo angolo. 
    Da ciò si evince che la piegatura in aria è immediatamente riconoscibile perché adotta matrici con angoli inferiori a 88°. 
    Rimanendo, ad esempio, all'interno del diffusissimo standard Promecam, generalmente si trovano matrici in aria con inclinazioni della V pari a 60°, 45°, 30°. 
  • Necessita di minore forza di piegatura rispetto alla coniatura e alla modalità a fondo matrice o semiconiatura. 
  • Nella tecnica di piegatura ad aria, il raggio di piegatura della lamiera è più ampio e, di conseguenza, si genera un maggior ritorno elastico. 
  • La piegatura ad aria è la scelta preferita nella piegatura moderna perché ha la caratteristica di "lasciare la lamiera libera" di deformarsi con la propria naturale flessione senza interferenze.
    Infatti, l’assenza di contatto tra il materiale e le facce interne della matrice, o la penetrazione del punzone nel raggio, fa sì che la piegatura ad aria sia l'unica modalità adatta ai sistemi di controllo dell'angolo. 
  • La piegatura in aria necessita di sviluppi più corti, proprio in virtù delle maggiori dimensioni dei raggi interni.

Quali sono i limiti?

Sono pochi i limiti della piegatura in aria, ma è bene fare alcune considerazioni. 

Nel caso in cui volessimo piegare degli articoli con scantonature a gradi, la piegatura in aria non è la scelta migliore, perché il ricciolo di sfogo che si crea durante la lavorazione in corrispondenza dello spigolo potrebbe non essere tollerato, specie quando si ha bisogno di finiture estetiche o accoppiamenti. 
 
In questi casi, così come quando un foro è vicino alla linea di piega, è sicuramente consigliabile una matrice per piegatura tangenziale (figura 3.8) o, al limite, a 88°. 

Inoltre, nei casi in cui si stia piegando l'acciaio inossidabile, può essere preferibile ridurre la larghezza della V per non far scaturire dei raggi troppo ampi ed esteticamente meno appaganti. Proprio per questo, diverse aziende preferiscono "andare sotto cava" con l'inox. 

Piegatura a fondo matrice

Cronologicamente, la piegatura a fondo matrice è la seconda apparsa nel mondo della piegatura dopo la coniatura (coining in inglese) ed è nata per contrastare i limiti oggettivi di quest’ultima.

La coniatura, infatti, prevede in condizioni standard l’utilizzo di un punzone e di una matrice a 90°: tanti quanti dovranno essere raggiunti dalla piega del pezzo da eseguire.
Ne consegue, tuttavia, che la forza necessaria per ottenere una coniatura sia molto elevata e che non risulti applicabile per spessori maggiori (indicativamente dai 2 mm in su) o per materiali con un ritorno elastico più ampio

La semiconiatura ha il grande vantaggio di permettere una certa costanza d’angolo con alcuni dei pregi della suddetta coniatura, seppur necessitando di molta meno forza. Il segreto e la peculiarità deriva dal fatto che lo stampaggio viene parzializzato strettamente nell’area del raggio di piegatura.

Coniatura

La coniatura, quando si utilizzano utensili standard, è da subito riconoscibile, in quanto necessita di punzoni e matrici con angoli di 90°. 

In pratica, gli utensili superiori e inferiori hanno lo stesso valore delle pieghe che si desidera ottenere. Un'altra caratteristica evidente è l'adozione di matrici più strette rispetto alla piegatura in aria che, nella maggioranza dei casi, indica come dimensione preferenziale di V il valore che si ricava moltiplicando lo spessore per 8. 

In caso di coniatura vengono consigliate matrici con larghezza V=spessore x 5.

L'altra caratteristica fondamentale è la grande forza di cui si deve disporre per poter effettuare una coniatura effettiva e perfetta e che, indicativamente, è pari a 4,5 volte quella della piegatura in aria, a parità di condizioni.

C'è da aggiungere che la coniatura rappresenta la madre tra le tre modalità per il semplice motivo che le piegatrici di un tempo non avevano sistemi di gestione dell'avvicinamento tra punzone e matrice o, per lo meno, non sufficientemente precisi. 
Per questo c'era la tendenza o la necessità diffusa di andare "a pacco", ossia di schiacciare totalmente il materiale tra gli utensili come avviene nello stampaggio. Per quanto riguarda gli sviluppi, invece, esistono degli approcci teorici leggermente diversi a seconda del metodo che adottiamo. 

Per alcuni storici manuali tecnici il raggio interno è del tutto paragonabile al raggio del punzone in quanto, durante la fase finale della piegatura, la lastra ne copia fedelmente la forma e la dimensione.
La coniatura ha un andamento durante il ciclo di piega assolutamente inconfondibile.

La peculiarità della coniatura è che lo schiacciamento della lamiera tra le facce del punzone e le pareti interne della cava è totale. Questo processo non coinvolge esclusivamente il vertice dell'utensile, ma anche i lati inclinati.

ll raggiungimento della esatta quota di coniatura si avverte solitamente con un cambio di suono e con l'osservazione che il pezzo viene letteralmente accompagnato a "pacco": è totalmente inutile e sconsigliato spingere oltre per non danneggiare gli utensili o la macchina. 

Il vantaggio della coniatura risiede nella grande ripetibilità. 

Trattandosi di un vero e proprio stampaggio, permette l'annullamento del ritorno elastico con una standardizzazione assolutamente rilevante. 

Nella pratica, una volta raggiunta la corretta quota di coniatura, è possibile ridurre o addirittura azzerare il controllo dei valori degli angoli di piega tra un pezzo e l’altro.
Ci sono casi in cui adottare una coniatura al posto di una piegatura in aria riduce notevolmente le tempistiche di esecuzione con un conseguente aumento della produttività. Tipicamente ciò può avvenire in presenza di pezzi di ridotte dimensioni, fino a 2mm di spessore e con materiali comuni quali S235 o AISI 304 in lotti medi o numerosi. 

Quali sono i limiti?

I limiti della coniatura sono diversi:

  1. È impossibile effettuare pieghe con angoli inferiori di 90°;
  2. Necessita di grande forza ed è quindi adatta per spessori sottili;
  3. C’è molta confusione attorno a questa modalità di piega. 

Schiacciatura o Appiattimento

Questo metodo prevede una pre-piega iniziale della lamiera con un angolo compreso tra 26° e 35°, seguita da una fase di schiacciamento dove la lamiera viene completamente o parzialmente compressa usando apposite presse. È utilizzato principalmente per aumentare la rigidità, proteggere i bordi e prevenire spigoli liberi.

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