Un fenomeno che in piegatura rappresenta una pericolosa avvisaglia: la resistenza del materiale è al limite. Come risolvere il problema delle cricche?
Mi scuso innanzitutto per il titolo fuorviante di questo articolo della ormai consueta rubrica sulla piegatura. Anche se richiama piuttosto un film “poliziottesco” anni Settanta fatto di poderose Alfetta sgommanti per le vie di Roma, mi riferisco alle crepe o rotture che possono manifestarsi soprattutto sui bordi dei pezzi piegati. Tale spiacevole fenomeno, quando capita, rappresenta un problema non da poco e spesso costringe molti operatori a “brancolare nel buio” in quanto a soluzioni.
Nemico numero uno: l’imprevedibilità
Se è vero che le cricche avvengono soprattutto quando si piegano spessori elevati e con raggi piuttosto stretti, è anche vero che non sempre nascono, anzi!
Ci sono casi in cui per anni si produce lo stesso articolo allo stesso identico modo e, all’improvviso, ecco che nei raggi esterni, specie sui bordi, partono delle crepe profonde che possono addirittura innescare la rottura completa del pezzo.
Il fatto è intrinsecamente grave giacché se un prodotto è stato pensato utilizzando spessore elevato significa che dovrà sopportare carichi importanti! Può succedere anche che nella medesima produzione vi siano alcuni pezzi che si criccano ed altri no. È il manifesto che si sta lavorando al limite della resistenza del materiale e basta un niente per subire il difetto.
Un po’ di storia
Il fenomeno delle cricche, oltre ad altri molto interessanti riguardo alla deformazione della lamiera, è stato ampiamente studiato in passato, e molti risultati delle ricerche sono raccolti in un volume ancora oggi straordinario dal titolo “lavorazione della lamiera” dell’ing. Gerhard Oheler edito proprio da Tecniche Nuove tra gli anni Sessanta e Settanta.
Innanzitutto partiamo dal tema delle deformazioni dei bordi. Cito:
«Pur adottando raggi interni di piegatura non inferiori ai limiti ammissibili ai bordi della lamiera laterali alla piegatura si verificano delle deformazioni, talvolta tollerabili, ma che spesso danno luogo ad inconvenienti, come ad esempio nel caso delle cerniere e di parti piegate, che nel montaggio devono mantenere una determinata posizione laterale e che quindi anche nella zona di piegatura devono presentare un bordo ben conformato, in squadra con il piano della lamiera. La deformazione sui bordi in conseguenza della piegatura costituisce però un effettivo inconveniente soltanto nel caso di lamiere di un certo spessore piegate con un piccolo raggio. Il materiale sullo spigolo interno del bordo viene ricalcato dando luogo ad uno scorrimento in senso laterale. La larghezza originaria del nastro di lamiera subisce quindi, come si rileva nella figura 1, in corrispondenza a tale rigonfiamento un aumento della larghezza di 2 t, da b a bi.
Le fibre dello strato esterno della sezione sottoposta a piegatura subiscono invece un allungamento che dà luogo ad una riduzione dello spessore originario della lamiera, da s0 a s1, non però rilevante e inferiore al 10%. Anche nel caso di piegature a spigolo vivo, ed inoltre a una contrazione da b a ba della larghezza originaria, poiché il materiale tende a scorrere dall’esterno verso l’interno.
La sezione in corrispondenza alla piegatura non ha quindi la forma di un rettangolo di lati s e b, ma si avvicina piuttosto a quella di un trapezio di altezza s0 e lati paralleli bi e ba.
In effetto le forze di ricalcatura Pi dirette verso l’esterno sugli spigoli interni dei bordi, analoghe a quelle che determinano la strizione nelle provette delle prove di rottura per trazione, danno luogo a un incurvamento con innalzamento degli spigoli rispetto al centro della sezione, cioè alla formazione di una concavità sul lato esterno e di una convessità sul lato interno di piegatura….
Gli spigoli esterni del bordo innalzati rispetto alla superficie piana originaria, al centro della piegatura, sporgono nei punti j di un tratto i, spesso oltre il raggio r+s0.
Tali punti j costituiscono quindi di frequente l’inizio di rotture, che per lo più si notano subito dopo la piegatura, ma che talvolta si verificano soltanto a distanza di tempo.
Se il pezzo piegato viene sottoposto a sollecitazioni alterne di trazione e compressione, le incrinature iniziali progrediranno fino alla rottura completa su tutta la sezione».
No alle imperfezioni
Sempre dal manuale di Oheler:
«Incrinature sugli spigoli possono formarsi anche in presenza di bave. Ciò si può osservare nella figura 2, dove sono rappresentati due pezzi dello spessore di 15,3 mm piegati a U, con raggio interno uguale a circa il doppio dello spessore.
Nel pezzo a sinistra il lato della bava si trova all’interno della piegatura, nel pezzo a destra all’esterno.
Dopo la piegatura il pezzo a sinistra rimase esente da incrinature, mentre le profonde e larghe incrinature nel pezzo a destra portarono perfino a inflessioni per carico di punta delle fibre sul lato interno.
Il pericolo della formazione di incrinature può essere diminuito arrotondando gli spigoli in corrispondenza ai punti j prima della piegatura e avendo cura di lisciare la superficie dell’arrotondamento».
In breve: molto spesso per risolvere totalmente il problema delle cricche sui bordi è sufficiente eliminare precedentemente i punti di innesco. Basta passare con una mola sugli spigoli esterni prima di piegare avendo cura di eliminare spigoli vivi e bave.
Anche la rugosità è fonte di possibili criccature. Soprattutto negli spessori elevati il taglio laser lascia una rigatura superficiale caratteristica da molti chiamati “denti di balena”. Avere cura di rendere le superfici lisce con un apposito disco abrasivo è senz’altro un grande aiuto anche in questi casi.
L’esempio del foglio di carta
Per comprendere il fenomeno dell’innesco delle cricche è sufficiente provare a strappare un foglio di carta semplicemente tirandolo con le mani.
Se il bordo è perfettamente lineare lo sforzo sarà molto maggiore rispetto a quello che sarebbe necessario nel caso in cui fosse frastagliato (figura 3 e 4).
Dove i margini sono irregolari è come avere una serie infinita di piccoli inviti alla rottura.
Ovviamente il rimedio funziona se non ci si spinge troppo oltre i limiti di formabilità del materiale.
Rispettiamo sempre in piegatura le prescrizioni dell’acciaieria non solo durante la mera fase di lavorazione: soprattutto in progettazione!
