Stampe metalliche di precisione - Comprendi l'intero processo di progettazione in un colpo solo

La produzione moderna si basa su stampi per tranciatura di metalli di precisione che sono gli eroi silenziosi. Trasformano lamiere metalliche semplici in componenti complessi con alti volumi, presenti ovunque, dagli elettronici agli elettrodomestici, dall'industria automobilistica a quella dei dispositivi medici. Progettare tuttavia uno stampo in grado di produrre ripetibili precisioni nell'ordine di pochi micron è un processo ingegneristico articolato in più fasi. In questo articolo sveleremo l'intero processo di progettazione in una panoramica completa.

1. Analisi del prodotto e fattibilità: Il punto di partenza critico

Il percorso non inizia con lo stampo, ma con il pezzo. Il disegno del componente è oggetto di un'analisi scrupolosa da parte degli ingegneri:
Geometria: Valutazione della complessità, delle dimensioni critiche, delle tolleranze e dei possibili problemi di formatura (tranciatura profonda, piegature acute)
Materiale: Le forze di lavorazione e l'usura forniscono informazioni sulle proprietà (resistenza, duttilità, spessore, direzione della granulatura) del materiale.
Volume: I volumi previsti di produzione influiscono sulla selezione del materiale per la costruzione della matrice (acciaio per utensili standard vs. temprato).
Fattibilità: È possibile stampare il pezzo in modo fattibile? I tolleranze sono rispettati? In questa fase, eventuali ostacoli vengono individuati precocemente.

2. Disposizione della Striscia e Pianificazione del Processo: Definire il Percorso

Qual sarà il meccanismo di movimentazione del pezzo nella matrice? Questo passaggio stabilisce un ordine di lavoro:
Disposizione della Striscia: disposizione ottimale dei pezzi sulla bobina di metallo al fine di ridurre al minimo gli scarti (ritagli) e garantire un alimentazione regolare. Ciò viene rappresentato tramite fori pilota, ponticelli portanti e nesting accurato.
Sequenza delle Operazioni: l'ordine in cui avverranno le operazioni: punzonatura (fori), tranciatura (forma esterna), piegatura, formatura, imbutitura, calibratura, ecc. A ogni operazione corrisponde una stazione della macchina nella matrice.
Numero di stazioni: compromesso tra complessità, numero di parti e costo/dimensioni dello stampo. Gli stampi progressivi eseguono molte operazioni in serie mentre la lamiera avanza.

3. Progettazione della struttura dello stampo: costruire la struttura portante

Il processo viene mappato e, una volta completato, gli ingegneri definiscono la struttura fisica dello stampo:
Set stampi: scelta di set superiori (punzoni) e inferiori (matrici) standard o personalizzati, con un accoppiamento perfetto di spine guida/bushings.
Progettazione delle piastre e della piastra di appoggio: come progettare le piastre su cui verranno montati i componenti e come garantire che possano sopportare alte tonnellate senza deformarsi.
Posizionamento dei componenti: punzoni, matrici, molle, sollevatori, sensori e guide devono essere posizionati correttamente all'interno della struttura per un migliore funzionamento e accessibilità.

4. Progettazione dettagliata dei componenti: precisione ingegneristica

Qui, a livello di regole di precisione microscopica:
Progettazione di Punzonatura e Matrice: Evoluzione delle geometrie specifiche ed adeguate per il taglio dei bordi, la formatura, inclusi gli spazi necessari (circa il 5-15 percento dello spessore del materiale, su ciascun lato, sui bordi tagliati), raggi e finitura superficiale. La frattura è evitata calcolando la resistenza.
Incubazione degli utensili: Preparazione di punzoni, matrici, supporti e inserti da utilizzare nella piegatura e in forme più complesse, dove deve essere considerato il rimbalzo elastico (la tendenza di un materiale a curvarsi leggermente dopo la piegatura).
Selezione di molle e sollevatori: Scelta delle molle appropriate (a compressione, azoto) per fornire pressione allo strisciatore, espulsione del pezzo e ritorno delle camme, in modo che il rilascio del pezzo sia sicuro.
Piastre di centraggio e viti: Dimensionamento e posizionamento per specificare dove i componenti devono essere fissati e dove devono essere posizionati l'uno rispetto all'altro in modo sicuro.

5. Simulazione e Validazione: Test prima della lavorazione dell'acciaio

La progettazione contemporanea sfrutta la potenza dei software informatici per anticipare ed evitare problemi:
Simulazione di formatura (FEA): Ricostruzione del flusso del metallo durante i processi di formatura/estrusione per individuare possibili strappi, grinze o assottigliamenti. Permette l'ottimizzazione della geometria prima dell'inizio della realizzazione degli stampi.
Analisi delle sollecitazioni: Prevede la verifica che le parti dello stampo possano sopportare le forze di stampaggio previste senza rompersi o deformarsi eccessivamente.
Verifica del percorso: Verifica che non si verifichino collisioni tra punzone e matrice lungo tutta la corsa della pressa.

6. Produzione e Assemblaggio: Dalla progettazione alla realizzazione

I progetti vengono trasformati in componenti in acciaio temprato mediante lavorazioni di precisione (fresatura CNC, rettifica e taglio a filo EDM). Abili costruttori di stampi assemblano, montano e regolano con cura il lavoro fino a raggiungere la perfezione e la massima precisione.

7. Prova e messa a punto: La prova avviene nello stampaggio

Lo stampo finito viene quindi sottoposto a un rigoroso test su una pressa da stampaggio:
Campioni iniziali: I primi pezzi vengono misurati attentamente rispetto al disegno.
Risoluzione dei problemi: intervento su problemi come variazioni dimensionali, bave, difficoltà di espulsione dei pezzi o segni dello stampo.
Regolazione fine: regolazione precisa di punzoni, matrici, molle o alimentatori, per garantire la qualità in ogni componente importante.