Quali sono le condizioni di lavorazione ottimali per ottenere fili di rame piatti con l’elevata precisione dimensionale richiesta dal mercato mediante laminazione e trafilatura sagomata e con l’impiego di due passaggi di trafilatura sagomata?
La geometria della sezione trasversale dei fili di rame per i motori dei veicoli elettrici è stata modificata da rotonda a rettangolare per migliorare le prestazioni dei motori: impiegando i fili piatti è infatti possibile aumentare il fattore spazio del rame nel nucleo e nella coppia del motore, riducendo così il peso del motore stesso.
I fili di rame piatti sono prodotti con un processo combinato di laminazione e trafilatura sagomata, o con diversi passaggi di trafilatura sagomata. Le condizioni di lavorazione e la forma della filiera sono state determinate sulla base dell’esperienza accumulata finora e anche dell’intuizione. La geometria della sezione trasversale dei fili di rame piatti (asse maggiore e asse minore) e le loro dimensioni variano notevolmente. Inoltre, sono necessari fili di rame piatti senza difetti superficiali e con elevate precisione dimensionale e proprietà superficiali. Serve pertanto stabilire un metodo teorico per determinare le condizioni ottimali di lavorazione e la miglior forma dello stampo per la trafilatura di fili di rame piatti di alta qualità. Allo stesso tempo, il metodo di lavorazione andrebbe selezionato in modo che il costo di fabbricazione associato sia il più basso possibile.
In questo studio saranno esaminate le condizioni ottimali di lavorazione per ottenere fili di rame piatti con l’elevata precisione dimensionale richiesta dal mercato mediante (1) laminazione e trafilatura sagomata e (2) l’impiego di due passaggi di trafilatura sagomata. Nel primo caso, sono state effettuate analisi impiegando il metodo degli elementi finiti (“finite element method” o FEM) nella laminazione dei fili tondi e nella successiva trafilatura sagomata dei fili laminati; per il secondo caso, invece, sono state effettuate analisi FEM di due passaggi continui di trafilatura sagomata. Attraverso queste analisi si determinano le condizioni di lavorazione ottimali (come il diametro migliore dei fili madre, il tiraggio nella laminazione, la riduzione dell’area e la forma ottimale della filiera per la trafilatura) per ottenere fili di rame piatti con elevate precisione dimensionale e proprietà superficiali.
Sono importanti anche le misure per ridurre i tempi di fabbricazione delle matrici di alta qualità utilizzate per la formatura per deformazione plastica. La forma ottimale delle matrici piane ottenuta dalle analisi viene impiegata come base per la progettazione assistita da computer (“computer-aided design” o CAD), i cui dati vengono direttamente immessi nella macchina di lavorazione per esaminare la fattibilità della progettazione di matrici piane per la trafilatura sagomata mediante sistemi CAD e la loro fabbricazione mediante processi di produzione assistita da computer (“computer-aided manufacturing” o CAM).
Fabbricazione di fili di rame magnetici piatti
Come illustrato in Figura 1, esistono due metodi per la fabbricazione di fili di rame magnetici piatti. Nel primo, un filo rotondo viene laminato e successivamente trafilato impiegando una matrice sagomata per ottenere un filo piatto, come mostrato in Figura 1a. Nel secondo, invece, un filo rotondo viene trafilato due volte, utilizzando due matrici sagomate per ottenere un filo piatto, come mostrato nella Figura 1b. Per entrambi i metodi è necessario selezionare il diametro migliore dei fili madre (geometria della sezione trasversale), il tiraggio, la riduzione dell’area e l’angolo della trafila (semiangolo) per ottenere fili di rame piatti di alta qualità, senza difetti superficiali o underfilling e con elevate precisione dimensionale e proprietà superficiali. L’ottimizzazione di tanti parametri richiede una tecnica complessa, per la quale in questo studio abbiamo effettuato un’analisi FEM.
