Tolleranze di imbutitura e finitura superficiale: cosa può sopportare una parete assottigliata

Due domande decidono se un particolare può essere imbutito per stiramento invece che tornito: quanto devono essere stretti i diametri e la parete, e quanto devono essere curate le superfici. Questa pagina spiega da dove deriva effettivamente la tolleranza in un particolare stirato e perché una superficie stirata si comporta diversamente da una tornita.

Da dove nasce la tolleranza

In un pezzo sottoposto a stiratura, si creano tre caratteristiche formate - diametro esterno, diametro interno e spessore della parete - prodotte da due utensili:

L'anello di stiratura (matrice).Il suo foro è leggermente più piccolo della coppa in ingresso, pertanto il diametro esterno del pezzo finito è una copia del foro della matrice, meno il ritorno elastico del materiale.
Il punzone.Il suo diametro esterno determina l'alesaggio del pezzo, ancora una volta con minore recupero elastico.
Il divario tra loro.Il gioco radiale tra punzone e foro della matrice corrisponde allo spessore di parete finito: è per questo che, in un componente sottoposto a ironing, lo spessore di parete è una dimensione dell'attrezzatura e non un effetto accidentale del processo.

Ne derivano tre conseguenze. In primo luogo, la tolleranza sui due diametri dipende dalla precisione dell'attrezzatura e non dal solo ritorno elastico. In secondo luogo, le tolleranze di spessore della lamiera grezza in ingresso contano meno, poiché è l'imbutitura a determinarne lo spessore finale. In terzo luogo, la concentricità tra l'alesaggio e il diametro esterno è una proprietà dello stampo, non della qualità con cui il pezzo è stato bloccato.

Quando un disegno richiede diametri più stretti di quanto la sola ironing possa garantire, una brevepassata di calibratura- una seconda stiratura leggera o una passata di calibrazione - viene aggiunta dopo la riduzione principale.

Valori tipici per un particolare ricalcato

Caratteristica	Tipico per una parete stirata	Nota
Spessore della parete	Comunemente da 0,3 mm a 1,5 mm sugli alloggiamenti	Determinato dal gioco punzone/matrice, non dalla tolleranza dello sbozzato
Variazione dello spessore della parete	Uniforme lungo tutta la lunghezza ricalcata; variazione controllata come caratteristica di disegno	Questo è l'obiettivo per cui l'operazione esiste
Diametro esterno e interno	Mantenuto sullo stesso pezzo; lo stampaggio definisce il limite e viene aggiunta una passata di calibratura dove il limite è più stretto	Il recupero elastico viene compensato nello stampo
Concentricità / eccentricità	Dipende dall'asse dell'attrezzatura, non dal fissaggio	Verificato su un comparatore di concentricità
Rugosità superficiale, superfici ricalcate	Ra tipicamente compreso tra 0,4 e 1,6 µm, determinato dalla finitura dell'attrezzatura e dal lubrificante	Migliorano sia l'interno che l'esterno
Segni di imbutitura / striature	Non prodotto sulla lunghezza stirata	La parete viene compressa tra superfici lucidate anziché essere trafilata su un raggio
Rettilineità della parete	Dritto e parallelo	Nessun angolo di sformo necessario per l'estrazione dallo stampo

Questi sono valori tipici, non una specifica. È il disegno a stabilire: le tolleranze non indicate sul disegno seguono per default la norma ISO 2768-m, e le caratteristiche realmente critiche vengono segnalate durante la revisione DFM, così che nulla venga scoperto solo al primo campione.

Differenza tra una superficie ironata e una tornita

Nessun segno di avanzamento.La tornitura lascia un segno elicoidale dell'utensile il cui passo è determinato dalla velocità di avanzamento. La ricalcatura a freddo (ironing) lascia la finitura dello stampo e del punzone, pertanto non vi è alcun pattern di avanzamento da vedere o da misurare.
Nessuna striatura dovuta all'imbutitura.Una superficie imbutita porta i segni del materiale che scorre sul raggio della matrice. La ricalcatura avviene dopo quella riduzione, su una parete dritta, tra due superfici lucidate.
Entrambe le facce migliorano.Su un pezzo tornito migliora solo la superficie lavorata; su un pezzo sottoposto a ironing, invece, sia la superficie esterna che quella interna vengono brunite nello stesso passaggio.
La deformazione a freddo è vantaggiosa, ma solo fino a un certo punto.La stiratura aumenta il carico di snervamento e la resistenza all'usura. Oltre un determinato grado di riduzione, il materiale necessita di ricottura e, sui componenti soft magnetici, è proprio la fase di ricottura a determinare le proprietà magnetiche.

Le superfici vengono ispezionate nel laboratorio interno di Balford con un rugosimetro portatile, unitamente ai controlli dimensionali: micrometri per esterni e per interni a tre punti per i diametri e lo spessore della parete, un comparatore di concentricità per il runout e un proiettore ottico 2.5D per il profilo e la forma.

Domande frequenti

Quanto può essere ridotto lo spessore della parete in un pezzo ironed?

Lo spessore della parete è determinato dal gioco radiale tra il punzone di imbutitura e l'alesaggio della matrice, pertanto costituisce una dimensione dell'attrezzatura ed è più costante rispetto al grezzo in ingresso. La tolleranza che il disegno può sopportare viene confermata durante la revisione DFM e, laddove i diametri debbano essere più stretti di quanto fornito dalla passata principale di imbutitura, viene aggiunta una breve passata di calibratura.

L'imbutitura lascia segni di trafilatura sulla superficie?

Non sulla lunghezza sottoposta a stiratura. I segni di imbutitura derivano dal flusso del materiale sul raggio della matrice durante l'imbutitura profonda; la stiratura avviene successivamente, su una parete dritta tra un punzone lucidato e una matrice ad anello lucidata, per cui la superficie risulta brunita anziché imbutita. Migliorano sia l'interno che l'esterno.

Perché la finitura superficiale è migliore su un pezzo ironed che su un pezzo tornito?

Poiché viene formatura mediante utensili levigati anziché tagliato da un utensile con una velocità di avanzamento. La tornitura produce un segno elicoidale di avanzamento il cui passo è determinato dall'avanzamento; la ricalcatura riproduce la finitura del punzone e della matrice, e non presenta alcun motivo di avanzamento.

La parete è più dritta dopo la stiratura?

Sì. La stiratura produce una parete dritta e parallela, priva dell'angolo di sformo necessario a un particolare imbutito o fuso per l'estrazione dallo stampo: è una delle ragioni per cui gli alloggiamenti stirati vengono impiegati laddove un'armatura o un albero deve scorrere nell'alesaggio.

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