Quando il punzone fa sentire il suo raggio

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Quanto influisce il raggio del punzone sul raggio interno di piega? E quali sono le conseguenze nell’utilizzo di un punzone rispetto a un altro?

Il mondo della lavorazione della lamiera presenta infinite sfaccettature date dal tipo di prodotto, dai materiali e dalle tecniche adottate.

In particolare, nel mondo della piegatura possiamo trovare casi in cui un dogma per alcuni contesti risulta del tutto falso in altri.

Un esempio: i raggi interni delle pieghe.

Come dovrebbe essere noto, il raggio interno è un dato puramente matematico che serve per i CAD3D, i CAM o i controlli numerici per “semplificare” una condizione più complessa e riuscire comunque a fornire calcoli sugli sviluppi sufficientemente accettabili.

Nell’ambito della piegatura in aria di particolari di carpenteria media e leggera, condizione largamente più diffusa, il raggio reale naturalmente scaturito è in realtà una serie di curve che solo lontanamente e in maniera grossolana può essere equiparato al raggio regolare di un modello 3D.

Questo avviene perché i raggi dei punzoni risultano essere piuttosto ridotti in relazione allo spessore o, più esattamente, rispetto alla “curvatura” che genererà la deformazione della lamiera.

Cosa dice la teoria pura (a ragione) in questi casi

Raggio piccolo (alias curva più stretta) significa bisogno di uno sviluppo maggiore a parità di dimensioni del pezzo finito rispetto a un raggio più grande (alias, curva più ampia).

Ma cosa condiziona l’entità reale di questa curva che semplifichiamo in un raggio perfetto?

Nell’ordine:

  • il materiale;
  • la larghezza della matrice;
  • l’angolo della matrice che pregiudica il fatto di essere in regime di piega in aria piuttosto che a fondo matrice o in coniatura.

E il raggio del punzone?

«L’influenza del raggio del punzone sul raggio interno è trascurabile (e quindi sul calcolo dello sviluppo) a patto che la sua grandezza non superi quella del raggio naturalmente scaturito».

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Figura 1 – Esempio di come un raggio stimato di 5 mm, formatosi su una lamiera di un determinato spessore e piegata su una determinata matrice, non verrà influenzato utilizzando punzoni con raggi inferiori (es. R0.8, R1, R1.5, R2, R3 ecc.)

In soldoni significa che, come si vede nell’esempio della figura 1, un raggio stimato di 5 mm, formatosi su una lamiera di un determinato spessore e piegata su una determinata matrice, non verrà influenzato utilizzando punzoni con raggi inferiori come: R0.8, R1, R1.5, R2, R3 ecc.

Avremo solo aumentato di poco l’impronta di contatto, ma il resto della curva si sarà sviluppata autonomamente!

Tutt’altro discorso quando il raggio del punzone è superiore (figura 2) alla curva che si sarebbe sviluppata autonomamente: in questo caso il pezzo avrebbe subito una sagomatura molto evidente con la conseguenza di un necessario calcolo dello sviluppo specifico.

Piegare con raggi ampi, l’eccezione alla “regola”

Come appena scritto, quando il raggio del punzone è elevato la sua influenza nella curvatura del materiale durante la piegatura sarà determinante.

I motivi per cui si utilizzano punzoni con raggi ampi sono sostanzialmente 3:

  1. per cause strutturali come, ad esempio, quando si lavorano acciai alto-resistenziali come gli anti-usura, i balistici o ad alto limite elastico;
  2. per motivazioni estetiche come nei carter di macchine, negli oggetti di arredamento ecc.;
  3. per motivazioni funzionali. Ad esempio nelle vasche di raccolta degli impianti caseari dove c’è la necessità di lavare agevolmente i depositi di lavorazione.

In tutti e tre i casi elencati spesso capita che il progettista richieda un determinato raggio interno, magari anche che venga prodotto con una tolleranza stretta.

Purtroppo, però, non sempre è semplice prevedere il risultato finale in base al raggio del punzone utilizzato.

Ad esempio: se su un carter in inox di 1,5mm di spessore voglio ottenere una piega con raggio interno di 40mm, non sarà (ovviamente) sufficiente utilizzare un punzone con un medesimo raggio.

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Figura 2 – Caso opposto è invece quando il raggio del punzone è superiore alla curva che si sarebbe sviluppata autonomamente: in questo caso il pezzo avrebbe subito una sagomatura molto evidente con la conseguenza di un necessario calcolo dello sviluppo specifico

Ciò avviene a causa del grande ritorno elastico che si manifesta in questa condizione specifica composta da un raggio importante associato ad uno spessore sottile: la misura finale del raggio interno risulterà potenzialmente molto superiore.

Discorso differente se si piega uno spessore più elevato: la differenza tra la grandezza tra il raggio da ottenere sul pezzo e il raggio del punzone installato si assottiglia fino al punto di divenire paragonabile con ottima approssimazione.

Ad esempio su uno spessore di 8mm in S235 un raggio 20 posso ottenerlo con buona approssimazione con un punzone dal medesimo raggio.

Argomento molto interessante e che merita un approfondimento a parte è come varia il raggio interno del pezzo in base all’angolo di piega, ossia da quando effettivamente il punzone con raggio ampio inizia a “far sentire” la sua presenza alla lamiera.

Quando il raggio prende una strada diversa…

Ci sono casi in cui la piegatura della lamiera riserva sorprese che non ci si aspetta.

Mi riferisco a quando il pezzo piegandosi viene influenzato dal punzone di ampio raggio nella curvatura che si crea ma, avvicinandosi al termine della piega (verosimilmente almeno 90°), si distacca nella parte centrale finendo col generare addirittura… un raggio più stretto di quello del punzone!

Questo fenomeno in gergo prende il nome di “piega anticipata” (figura 3).

È una caratteristica molto nota e frequente in alcuni acciai anti-usura o nei balistici.

Tuttavia la differenza del raggio finale stimato sul pezzo e quella del punzone risulta comunque essere generalmente poca, a tal punto da poterle considerare due grandezze tutto sommato paragonabili.

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Figura 3 – Il fenomeno di “piega anticipata” si verifica quando il pezzo, piegandosi, viene influenzato dal punzone di ampio raggio nella curvatura che si crea ma, avvicinandosi al termine della piega si distacca nella parte centrale finendo col generare un raggio più stretto di quello del punzone

Il problema si fa importante quando il fenomeno è imprevisto e impatta negativamente sulla qualità finale dei pezzi.

Un cambio del fornitore della lamiera, uno spessore sottile con un raggio estremamente ampio da ottenere con un punzone dedicato, possono essere le condizioni che scatenano questa problematica difficile da risolvere.

Se poi le pieghe raggiate devono accoppiarsi con sponde sagomate allo scopo, il difetto diventa insostenibile e di difficile risoluzione.

Per evitare problemi di questo tipo è consigliabile provare a utilizzare matrici in poliuretano che hanno il grande vantaggio di accompagnare la lamiera spingendone la superficie sul raggio del punzone.

La piegatura con matrici in poliuretano è tuttavia un altro di quegli argomenti che merita un approfondimento specifico.

Un’altra volta emerge il fatto che il processo di piegatura è un mondo di infinite possibilità e sfaccettature che non smettono di stupire!

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