Lo stampaggio a caldo dei metalli
Stampaggio metalli: a caldo o a freddo?
La lavorazione tramite presse dei metalli comunemente usati per la produzione industriale come ad esempio l’alluminio e l’ottone può avvenire in due modi:
- Uno è lo stampaggio a freddo, ad esempio effettuato su un pezzo avente già una sua forma e che viene coniato dalla pressa in modo da calibrarlo e compattarlo. Lo stampaggio a freddo è adatto soprattutto per particolari di piccole dimensioni e grandi lotti produttivi, come le viti. Macchinari adeguati per questo tipo di processo sono i nostri bilancieri, le presse a vite.
- Lo stampaggio a caldo dei metalli si distingue da quello a freddo perché consente di ottenere pezzi di alta qualità attraverso un’importante deformazione del materiale di partenza. Lavorando l’ottone, il rame, il titanio, l’acciaio e l’alluminio tramite presse per lo stampaggio a caldo infatti si riescono a produrre forme particolari, dalle geometrie anche complesse. Per realizzare questo stampaggio noi di Mecolpress proponiamo, oltre alle già citate presse a vite, anche presse meccaniche e presse idrauliche a seconda delle esigenze produttive espresse del cliente.
Presse meccaniche e presse idrauliche per lo stampaggio a caldo
La pressa meccanica è in grado di stampare a caldo anche particolari complessi. Alla fine del processo i pezzi lavorati presentano spesso ancora dei residui di bava che possono essere eliminati tramite l’impiego di una sbavatrice, macchinario che rientra nella gamma dei prodotti da noi offerti.
La pressa meccanica eccentrica a ciclo continuo è consigliata per chi ha esigenze di elevata produttività mentre la pressa idraulica è più indicata per pezzi dalle forme altamente complesse e che richiederebbero altrimenti l’impiego di tanto materiale. Questo tipo di pressa infatti è in grado di far risparmiare sul materiale utilizzato offrendo allo stampatore un buon margine sul costo del prodotto. Inoltre realizzando i particolari con le presse idrauliche per lo stampaggio a caldo è molto più ampia la gamma di pezzi producibili senza bava al termine del ciclo produttivo, grazie ad una applicazione progressiva e programmabile delle forze. Altro tratto distintivo di questa tipologia di presse è la flessibilità, data dall’ampio numero di funzioni disponibili.
La linea di stampaggio a caldo
Per lo stampaggio dei metalli occorrono un forno, che può essere elettrico (a induzione) oppure a gas, e una pressa. Questa è la linea produttiva di base per lavorare alluminio, ottone, rame, titanio e acciaio; linea che può essere completata a monte da una segatrice che taglia la barra di metallo in billette e da una grafitatrice dove vengono trattate le billette con la grafite prima che vengano inserite nel forno, in modo che queste assorbano meglio il calore e rimangano lubrificate.
La grafitatura, che offre dei vantaggi notevoli a livello produttivo, tra cui un minor consumo di gas nel forno e una maggior durata degli stampi, è però adatta solo per determinati tipologie di produzione. È sconsigliata ad esempio per la produzione di particolari che una volta stampati dovranno essere cromati o sottoposti ad altri particolari trattamenti. Il nostro ufficio vendite è a disposizione dei nostri clienti per consigliare la migliore composizione della linea di stampaggio a seconda del prodotto e del settore applicativo.
I metalli lavorati a caldo
La scelta di una determinata pressa per il proprio ciclo di produzione si basa sulla tipologia del materiale impiegato dallo stampatore e sulle forme da realizzare.
Se si lavora l’ottone è più indicata la pressa idraulica rispetto al bilanciere, preferibile per la realizzazione di pezzi in titanio ed acciaio. Le presse meccaniche eccentriche sono impiegate per tutti i metalli, anche per lo stampaggio a caldo del rame. Il nostro ufficio vendite è a disposizione dei clienti per offrire la miglior soluzione tecnica per la singola realtà produttiva.
Per ulteriori informazioni sui macchinari dello stampaggio a caldo contattaci scrivendo a sales@mecolpress.com
Il titanio e le sue proprietà
Oltre ad essere il quarto tra i metalli per abbondanza, il titanio è il nono elemento in ordine di utilizzazione industriale. Lo precedono – naturalmente – l’alluminio, il ferro e il magnesio.
Con peso atomico 47,867, è leggero e robusto: le sue proprietà combinano alta resistenza, tenacità, rigidità, bassa densità e buona resistenza alla corrosione.
La sua bassa densità (circa il 60% della densità del ferro) può essere rafforzata tramite elementi leganti e processi di deformazione. Non-magnetico, ha una buona proprietà di scambio termico. Il suo coefficiente di dilatazione termica è un po’ inferiore a quello degli acciai e meno della metà di quello dell’alluminio.
Altra proprietà utile è l’alto punto di fusione di 3135 ° F (1725 ° C), superiore di circa 400 ° C a quello dell’acciaio e di circa 2000 ° C a quello dell’alluminio.
Il titanio può essere passivato e resiste agli attacchi di acidi e base meglio dell’acciaio inossidabile. Le eccellenti resistenza alla corrosione e biocompatibilità, unite alla resistenza, lo rendono adatto alle applicazioni chimiche e petrolchimiche, ambienti marini e applicazioni biomedicali.
Per quanto riguarda la conduttività elettrica, quella del titanio è il 3,1% di quella del rame. Il titanio, dunque, non è un buon conduttore di elettricità, ed offre una elevata resistenza elettrica.
Per una visione più completa, ecco le proprietà del titanio raggruppate in una tabella:
| Principali caratteristiche del titanio | |
| Peso specifico | 4.5 g/cm3 |
| Densità | 4500 Kg/m3 |
| Temperatura di fusione | 1680 °C |
| Conduttività termica | 17 W/m°C |
| Coefficiente di espansione lineare (20-100 °C) | 8.9*10-6 /°C |
| Conduttività elettrica | 3% IACS (rame 100%) |
Dal titanio puro alle leghe
Il titanio commercialmente puro viene classificato in quattro gradi, che differiscono sostanzialmente per
- la resistenza;
- l’usabilità.
In estrema sintesi, la prima aumenta e la seconda diminuisce all’alzarsi del grado,
Le leghe di titanio si suddividono in:
- titanio commercialmente puro (CO): è il raggruppamento che contiene la maggior percentuale di titanio. Tipiche sono l’elevata resistenza a corrosione e caratteristiche meccaniche di valore medio basso.
- Leghe α: presentano buona saldabilità e mantenimento delle caratteristiche meccaniche anche a temperature elevate di esercizio, grazie al contenuto generalmente alto di alluminio. L’impiego nei componenti particolarmente sollecitati è impedito dal fatto che non possono essere sottoposte a nessun trattamento termico.
- Leghe b: garantiscono le migliori proprietà meccaniche. Hanno saldabilità molto limitata o nulla, vengono impiegate nelle costruzioni di bulloni, molle e parti fortemente sollecitate.
- Leghe α+b: nel gruppo figurano le leghe più utilizzate, con elevate caratteristiche meccaniche e largamente usate nella produzione di parti per aerei.
Le leghe di titanio, piuttosto numerose, vengono classificate in gradi.
Nella manifattura tradizionale, come anche nella stampa 3D, sono in particolare usate:
- la Ti6Al4V (grado 5)
- la Ti6Al4V ELI (grado 23).
Tra tutte le leghe di titanio, il grado 5 è la più usata: componenti di motori, parti strutturali di auto e aerei, elementi di fissaggio aerospaziali, e anche attrezzature sportive di alto livello.
La Ti 6Al4V ELI, o semplicemente grado 23, è la versione più pura del grado 5. Grazie alla sua biocompatibilità, alla buona resistenza alla fatica e al basso modulo può essere impiegato in ambito dentale e medico.
Stampaggio a caldo e a freddo del titanio
Stampato a caldo o a freddo, il titanio consente di realizzare lavorazioni speciali di qualità eccellente.
In particolare, il processo a caldo garantisce significativi vantaggi quali:
- incremento della resistenza: la continuità longitudinale, anche nella zona critica di passaggio tra testa e gambo, si mantiene inalterata. La materia prima può essere modellata evitando gli intagli tipici dei tradizionali lavori di tornitura. Diminuiscono i fenomeni di distacco tra testa e gambo, frequenti nei lavorati sottoposti a eccessiva sollecitazione. L’assenza di fibre tagliate incrementa la resistenza.
- risparmio di materia prima; ottimizzazione dei costi. Non si creano trucioli durante il processo: la materia prima non si spreca e il prezzo del prodotto si abbassa.
Vantaggi e svantaggi dell’utilizzo del titanio
Vantaggi:
- Basso peso specifico
- Durezza
- Desistenza alla corrosione
- Bassa conducibilità termica
- Radiotrasparenza
- Biochimicamente inerte
- Biotollerabilità
- Atossicità
- Assenza di sapore
- Resistenza alla masticazione
Svantaggi:
- Fusione non sufficientemente precisa
- Formazione di uno strato di ossido sulle superfici
- Distacchi del rivestimento in ceramica
- Porosità interne
- Porosità superficiali che permettono accumuli di placca superiori rispetto alle leghe tradizionali.
La breve carrellata di notizie su un metallo tanto promettente (per settori in espansione quali il medicale, per dirne uno) come il titanio dimostra come praticamente tutti gli svantaggi suindicati si presentino in caso di fusione, e siano quindi totalmente evitati dallo stampaggio a caldo con adeguati forno e pressa, accanto a un consulente esperto che possa indirizzare la scelta della macchina giusta, consigliarne le modalità di esercizio e naturalmente garantire un’impeccabile assistenza che eviti criticità e tensioni al momento di entrare in operatività.
