La piegatura è una tecnica di lavorazione di deformazione e formatura successiva alla sagomatura, tale lavorazione è eseguita industrialmente con macchine propriamente dette presse piegatrici. Oggi parliamo di una macchina diffusissima nel mondo della lavorazione e deformazione della lamiera. La tecnologia su cui fondano il funzionamento è solo all’apparenza banale, ma nasconde invece notevoli evoluzioni in campo meccanico e tecnologico.

La piegatura è come una curvatura con raggio molto piccolo, non è mai superiore a 7-8 volte lo spessore della lamiera. I raggi minimi sono dunque in funzione dello spessore e del tipo di materiale da piegare. Le presse piegatrici vengono azionate da sistemi meccanici, mediante un sistema biella manovella o da sistemi idraulici, mediante pistoni idraulici, possono essere gestite manualmente o nelle versioni più moderni governate da computer (presse piegatrici a controllo numerico CNC).

Le presse piegatrici sono macchine estremamente versatili e allo stesso tempo complesse. In egual modo cosi’ come accade per le macchine per lo stampaggio, anche le presse piegatrici sono dotate da un punzone (chiamato anche coltello) montato sulla parte mobile della piegatrice, da una matrice e da un pistone premilamiera, proprio con le stesse funzioni e caratteristiche di uno stampo per pressa.

La funzione principale di una pressa piegatrice è quella di lavorare un foglio di lamiera per conferirgli una determinata forma. Generalmente sono macchine ad azione verticale nelle quali la forza generata dalla pressione del circuito oleodinamico provvede alla piegatura del pezzo da produrre. In relazione ad esso, i macchinari dedicati variano per potenza, forma e dimensioni.

Per le modalità con cui sono costruite, per il principio di funzionamento di cui sono dotate e per i materiali a cui sono destinate, si differenziano in numerosi tipi e modelli. La pressa idraulica è una macchina utensile progettata per la compressione di un certo tipo di materiale.

Se il pezzo è maneggevole, le varie operazioni possono essere effettuate con la stessa pressa, ma con l’ausilio di apposti alimentatori, transfer e nastri di scarico. Nel caso in cui il processo di piegatura richieda più operazioni, è possibile una lavorazione tramite una linea di presse coadiuvate da manipolatori o robot, soprattutto se il pezzo ha dimensioni non gestibili a livello manuale.

Le presse idrauliche si dividono essenzialmente in presse a doppio montante e a collo di cigno, a seconda della direzione delle parti dedicate alla compressione e, di conseguenza, della loro struttura. Nonostante il medesimo principio di funzionamento, le macchine a doppio montante assicurano pressioni di lavoro più elevate e risultano essere più performanti. I range standard sono da 100 a 3500 ton, da 160 a 3500 ton (per prova stampi), da 630 a 3500 ton (a triplo effetto) e da 5000 a 10000 ton (per parti di scambiatori di calore).

Il processo di piegatura è un tipo di alterazione plastica grazie alla quale si ottiene la deformazione della lamiera. In relazione all’angolo di raccordo, le piegature che si possono realizzare da dei semilavorati piani sono a U e V. È un dato di fatto che gli acciai variano le loro caratteristiche anche solo da colata a colata, nonché per eventuali difformità nel processo produttivo. Per la piegatura di lamiere in acciaio industriale occorre una pressa piegatrice dotata di caratteristiche particolari e specifiche.

In secondo luogo, una volta piegata la lamiera, i dati di targa dell’acciaio si modificano irreversibilmente dando origine a un materiale di struttura interna e caratteristiche fisiche differenti. Questo anche grazie all’orientamento delle fibre della struttura dell’acciaio createsi durante la laminazione. Tra le lavorazioni che effettuiamo quotidianamente qui da Aulona, la piegatura è di certo fra le più richieste.

Tecniche di piegatura

Il principio della pressa piegatrice si basa sul gioco tra punzone e matrice, due utensili mobili (disponibili in varie forme) che imprimono sul foglio di lamiera la piegatura desiderata. Controllato da un pannello di controllo CNC, il sistema idraulico spinge i due cilindri laterali verso il basso. Di conseguenza, la trave superiore dove è applicato il punzone, scende verso la matrice posizionata sul piano orizzontale fisso.

  • Piega in aria: il punzone spinge la lamiera in una matrice con cava a V dove l’ angolo di piega varia in base alla profondità raggiunta dal punzone. È una tecnica semplice indicata anche per spessori più consistenti.
  • Coniatura: al contrario della piega in aria, il punzone e la matrice entrano in contatto completamente. Il punzone, quindi, spinge la lamiera fino in fondo alla matrice provocando una piegatura precisa e senza possibilità di ritorno elastico.
  • Schiacciata: processo suddiviso in due parti, una pre-piega in aria a 26°-35° e, in seguito, una piegatura totale o parziale a seconda della forza applicata. Questo tipo di piega assicura una maggiore rigidità della lamiera e una finitura del bordo non tagliente.

Esistono diverse tecniche di piegatura, tra cui:

  1. Nella piegatura libera, la lamiera è posizionata su una matrice e piegata mediante l’azione di un punzone cuneiforme. La piegatura avviene fino a un angolo specifico determinato dalla profondità raggiunta dalla lamiera nella matrice.
  2. La piegatura a V, o piegatura a tre punti, coinvolge l’alloggiamento del pezzo sulla matrice a forma di U o V. La profondità dello stampo e l’angolo di curvatura possono essere regolati per garantire precisione e versatilità.
  3. La curvatura a U è concettualmente simile alla curvatura a V ma produce una curva a U invece di una forma a V.
  4. La piegatura dal basso comprime la lamiera sul fondo dello stampo per creare la forma e l’angolo desiderati. Questo metodo elimina il ritorno elastico della lamiera compressa, garantendo una conformità permanente nella struttura finale.
  5. La piegatura ad aria, o piegatura parziale, non richiede l’uso di utensili specifici ed è meno precisa rispetto ad altri metodi come la coniatura o il fondo. Durante questo processo, la lamiera è pressata tra un punzone superiore e una matrice inferiore a V.
  6. La coniatura è un metodo desiderabile per la sua precisione e la capacità di distinguere le lamiere. In questo processo, un punzone preme completamente la lamiera fino al fondo cavo della matrice inferiore.
  7. L’appiattimento avviene in due fasi: una pre-piega seguita da una schiacciatura completa o parziale della lamiera.
  8. La piegatura a rulli è ideale per produrre forme curve o rotoli nella lamiera. Utilizzando una pressa piegatrice e tre serie di rulli, questo metodo consente di creare curve e piegature di diversi tipi.
  9. Questo metodo piega i bordi della lamiera utilizzando uno stampo a strisciamento e un punzone che applica una forza sul bordo della lamiera.
  10. La piegatura rotativa consente di ottenere pieghe angolari senza lasciare segni sulla superficie della lamiera.

Ogni metodo di piegatura ha vantaggi e svantaggi unici, e la scelta dipende dalle specifiche esigenze del progetto e dalla precisione richiesta.

Componenti principali di una pressa piegatrice

Le presse piegatrici, comunemente chiamate anche pressopiegatrici o semplicemente piegatrici, rappresentano un componente fondamentale nell’industria della lavorazione della lamiera.

  • I punzoni, o coltelli superiori, sono installati sulla traversa, mentre le matrici, o prismi inferiori, sono montate sul banco.
  • Traversa (o Pestone): È la componente mobile della pressa su cui vengono installati i punzoni. La traversa si muove lungo un asse verticale (asse Y) e si posiziona in punti specifici determinati dal controllo numerico.
  • Banco: Questa è la parte fissa della pressa, situata sotto la traversa, dove vengono montate le matrici.
  • Spalle: Queste sono le piastre laterali che delimitano la larghezza dell’incastellatura del telaio della macchina.
  • Controllo Numerico (CNC): Il CNC rappresenta il cervello della macchina, permettendo all’operatore di interfacciarsi con essa attraverso una programmazione diretta o off-line.
  • Registro Posteriore: Questo dispositivo consente di regolare la lunghezza di piegatura corretta, posizionandosi lateralmente secondo le specifiche del pezzo.

Tipologie di presse piegatrici

Facciamo ora un breve viaggio nei sistemi che si sono susseguiti, soffermandoci sul non plus ultra di oggi: la pressapiegatrice ibrida.

Presse piegatrici: tipologie e caratteristiche

  1. Presse piegatrici meccaniche: Le piegatrici meccaniche sono ancora utilizzate in molte officine per fare lavorazioni marginali, anche se ormai sono macchine considerate fuori legge da un punto di vista di sicurezza e, quindi, non possono essere utilizzate dagli addetti. Le presse meccaniche sono caratterizzate da un movimento estremamente rapido e una grande forza di pressione. Tuttavia, la loro incapacità di essere fermate una volta avviate per un ciclo di piegatura le rendeva pericolose, richiedendo agli operatori una grande attenzione.
  2. Presse piegatrici idrauliche tipo “RG” Promecam: Ad oggi non rispondono più alle normative di sicurezza in quanto non presentano il punto di cambio velocità e non sono equipaggiate con i moderni sistemi di sicurezza. Questi modelli sono compatti e bassi, con un movimento opposto rispetto alle presse tradizionali: è il banco che si solleva anziché la traversa che scende. Il loro funzionamento si basa sulla spinta di un singolo cilindro centrale.
  3. Presse piegatrici idrauliche a barra di torsione: Sono le antesignane delle sincronizzate a cui assomigliano molto nell’aspetto. Le presse idrauliche a barra di torsione sono precursori delle moderne presse piegatrici sincronizzate. Il movimento è ottenuto attraverso una coppia di pistoni idraulici, con movimenti limitati su tre assi: x per il carro posteriore, z per l’altezza del carro posteriore e y per la discesa della traversa. In passato la funzione di sincronizzazione dei due pistoni era affidata a una barra di torsione. Questa tecnologia è oggi obsoleta.
  4. Presse piegatrici idrauliche sincronizzate: Questo tipo di macchine è la moderna evoluzione delle presse piegatrici. Il movimento della traversa superiore è gestito da due cilindri idraulici indipendenti regolati da valvole proporzionali. Da notare che al giorno d’oggi si parla di presse piegatrici sincronizzate in quanto i due pistoni sono sincronizzati nella discesa.
  5. Pressopiegatrici elettriche: Le pressopiegatrici elettriche rappresentano l’ultima evoluzione tecnologica in questo settore. Il movimento della traversa è azionato elettricamente tramite sistemi come viti a ricircolo o cinghie. Queste piegatrici garantiscono velocità (non bisogna scaldare l’olio) e ripetibilità, unite a bassi consumi elettrici (non c’è una centralina dell’olio sempre accesa e la corsa di ritorno può essere passiva tramite molle). Tuttavia, sono meno versatili e hanno costi molto più elevati rispetto alle piegatrici idrauliche. Le presse piegatrici elettriche possono arrivare fino a 4 metri di piegatura e a una forza di 300 tonnellate.
  6. Presse piegatrici ibride: Le presse piegatrici ibride sono l’evoluzione delle piegatrici idrauliche a cui si uniscono i vantaggi delle piegatrici elettriche. Come le piegatrici elettriche, permettono rapidi movimenti e consumi ridotti. Il sistema si basa su un asse elettrico dotato di frizione idraulica e su un motore elettrico brushless, capace di fornire elevate forze e alte velocità di spostamento.

Vantaggi della piegatura rispetto alla saldatura

La piegatura della lamiera rappresenta una soluzione preferibile in molte applicazioni rispetto alla saldatura, offrendo una serie di vantaggi significativi:

  • Estetica migliorata: In molte situazioni, l’aspetto estetico di un progetto è altrettanto importante quanto la sua funzionalità.
  • Facilità di verniciatura: Una superficie liscia e priva di saldature fornisce una base ideale per le procedure di verniciatura.
  • Riduzione degli errori: La piegatura dei metalli tramite sistemi automatici offre una maggiore precisione rispetto alla saldatura manuale. I processi automatizzati eliminano o riducono al minimo gli errori umani, garantendo risultati più accurati e consistenti.
  • Riduzione del numero di pezzi: La piegatura della lamiera può ridurre il numero complessivo di pezzi necessari per un determinato progetto. Questo semplifica la gestione e la rielaborazione dei pezzi nel software CAD, quando necessario.
  • Miglioramento dell’irrigidimento della struttura: La piegatura dei metalli può contribuire significativamente all’irrigidimento della struttura, fornendo una maggiore resistenza e stabilità al prodotto finito.

Considerazioni progettuali per la piegatura della lamiera

  • Spessore uniforme delle pareti: Uno degli aspetti cruciali nella progettazione è assicurare uno spessore uniforme delle pareti dei pezzi.
  • Distanza tra le scanalature e i fori: È importante mantenere una distanza adeguata tra i fori e le scanalature rispetto alla piegatura.
  • Raggio di curvatura: I raggi di curvatura devono essere attentamente calcolati per evitare rotture o deformazioni durante la piegatura.
  • Curve successive: Quando possibile, evitare di posizionare curve successive una accanto all’altra.
  • Distanze tra linguette e tacche: Mantenere una distanza adeguata tra le pieghe e gli intagli è essenziale per evitare deformazioni e strappi.
  • Tagli in rilievo: L’utilizzo di tagli in rilievo è cruciale per prevenire rigonfiamenti e strappi durante la piegatura.
  • Combinazione con altre operazioni: La piegatura della lamiera può essere combinata con altre operazioni come coniatura e imbutitura per ottenere forme e geometrie complesse.
  • Orientamento rispetto alla direzione di laminazione: Per evitare la “criccatura” delle porzioni di lamiera, è consigliabile che il processo di piegatura avvenga ortogonalmente alla direzione di laminazione del materiale.
  • Consultazione di tabelle di riferimento: Utilizzare tabelle di riferimento per determinare i raggi di curvatura minimi in base al materiale e allo spessore della lamiera.
  • Considerazioni di sicurezza: Assicurarsi di adottare le necessarie misure di sicurezza durante il processo di piegatura, sia per quanto riguarda le macchine che gli strumenti utilizzati.
  • Studio di fattibilità: Progettazione dettagliata.

La piegatura della lamiera rappresenta un processo versatile e ampiamente utilizzato in una vasta gamma di settori industriali. Una lamiera di metallo è una sottile lastra di metallo (acciaio, alluminio, rame, ottone e leghe di titanio) che viene utilizzata in una vasta gamma di applicazioni industriali e manifatturiere.

Ritorno elastico e tolleranza di piegatura

Il ritorno elastico, nell’ambito della lavorazione della lamiera, si riferisce alla tendenza di un materiale in lamiera a tornare parzialmente alla sua forma originale dopo essere stato piegato o deformato.

Quando una lamiera viene piegata, il materiale subisce uno stress che lo porta a deformarsi dalla sua forma iniziale. Tuttavia, una volta che lo stress applicato viene rimosso, il materiale inizia a rilasciare questa tensione e a ritornare parzialmente alla sua forma originale. Questo processo di rilascio delle tensioni interne provoca il ritorno elastico, che può risultare in una leggera deformazione inversa rispetto alla piegatura iniziale.

Per gestire il ritorno elastico durante la piegatura della lamiera, è spesso necessario piegare la lamiera leggermente oltre la posizione o l’angolo desiderati. Questo significa che il pezzo deve essere piegato oltre il punto finale desiderato, in modo che, una volta rilasciata la tensione, ritorni esattamente alla posizione o all’angolo desiderati.

La tolleranza di piegatura è la variazione consentita rispetto alle dimensioni specificate per un pezzo in lamiera dopo essere stato piegato. Durante il processo di piegatura, la lamiera subisce deformazioni che possono influenzare le sue dimensioni finali. La tolleranza di piegatura tiene conto di questi fattori e stabilisce il range entro cui le dimensioni finali del pezzo in lamiera possono variare rispetto alle dimensioni specificate nel disegno tecnico o nel requisito del progetto.

Le principali considerazioni sulla tolleranza di piegatura includono:

  • Variazioni nella lunghezza del pezzo: la lunghezza complessiva del pezzo può essere influenzata dalla deformazione della lamiera durante il processo di piegatura.
  • Precisione angolare: la tolleranza di piegatura include anche la variazione consentita rispetto all’angolo di piegatura specificato nel disegno tecnico.
  • Geometria dell’asse neutro: durante la piegatura, viene creato un asse neutro all’interno della lamiera dove la tensione e la compressione sono minime.

Coefficiente di piegatura e tonnellaggio

Il coefficiente di piegatura, spesso indicato come fattore K, è un parametro fondamentale utilizzato nel processo di piegatura della lamiera. Esso tiene conto delle proprietà meccaniche del materiale, dello spessore della lamiera, dell’angolo di piegatura e del metodo di piegatura specifico. In altre parole, il coefficiente K descrive la relazione tra la compressione sulla linea interna della piegatura e la tensione sulla superficie esterna della lamiera. Durante il processo di piegatura, la superficie interna della lamiera subisce una compressione mentre quella esterna subisce una tensione.

Il piano neutro, o asse della fibra neutra, è la parte della lamiera che non subisce variazioni durante la piegatura, ovvero non si allunga né si accorcia. Il rapporto r/T, dove r rappresenta la distanza tra l’interno della piega e il piano neutro, e T rappresenta lo spessore della lamiera, è maggiore di 1 quando il materiale è soggetto a piegatura. Il coefficiente di piegatura è essenziale per determinare il tipo di materiale da utilizzare prima della piegatura e per calcolare i raggi di curvatura ottimali.

Il tonnellaggio si riferisce alla quantità di forza necessaria per eseguire con successo il processo di piegatura. Il tonnellaggio è influenzato da diversi fattori, tra cui lo spessore e il tipo di materiale della lamiera, l’angolo di piegatura, la lunghezza della piega e il coefficiente di piegatura (fattore K). La determinazione del tonnellaggio necessario è un passo cruciale nella pianificazione del processo di piegatura.

Il tonnellaggio viene solitamente espresso in tonnellate metriche o kN (chilowatt). Il raggio interno di una lamiera si riferisce alla curvatura interna che si forma durante il processo di piegatura della lamiera. Il bordo minimo di lamiera si riferisce alla più piccola distanza tra il bordo piegato della lamiera e il punto di piegatura.

Innovazioni nelle presse piegatrici

Massima precisione di piega su tutta la lunghezza (bombatura pressoché nulla). Un sistema brevettato posto nel porta lama superiore, che combina motori elettrici, pulegge fisse e mobili e cinghie, assicura una distribuzione equilibrata delle forze e l’angolo di piega risulta così costante su tutta la lunghezza.

  • Ciclo produttivo fino al 30% più veloce: L’impiego di una nuova generazione di componenti elettronici e software, applicato all’iter di dialogo tra software e sistema di sicurezza, permette l’ottimizzazione del sincronismo tra macchina ed operatore. Le fotocellule sono in grado di leggere i movimenti dell’operatore e comandano la macchina di mettersi nella posizione ideale per eseguire il ciclo di produzione.
  • Risparmio energetico fino al 50%: Le presse piegatrici SafanDarley E-Brake utilizzano i motori principali, quindi consumano, solo quando devono effettivamente compiere un movimento.

Integrazione di robot antropomorfi nelle celle di piegatura

La pressa piegatrice nel caso di grossi lotti può essere servita da un robot antropomorfo in una cella robotizzata. L’operatore si limita alla programmazione e all’eventuale attrezzaggio della piegatrice (se non eseguito automaticamente dal robot stesso). Il robot può essere antropomorfo e, in genere, corre su una slitta per tutta la lunghezza della piegatrice.

Le lamiere grezze vengono caricate nell’area di prelievo. Sull’end effector del robot, infatti, c’è installata una pinza (tipicamente per pezzi piccoli), oppure un gruppo di ventose (tipicamente per pannelli e lamiere di maggiore dimensione). È molto importante che durante il prelievo della lamiera da lavorare non rimanga attaccato involontariamente anche il foglio successivo, cosa che succede quando si lavora materiale con protezione in PVC (per esempio con finitura satinata). Per tale ragione, i robot possono adottare sul polso anche una cella di carico con cui misurano la massa di quanto prelevato e la confrontano col peso nominale del pezzo.

Dopo il prelievo del pezzo, il robot si avvicina alla piegatrice e lo orienta come da part program redatto durante la programmazione a CAM da parte dell’operatore. La pressa piegatrice, quindi, esegue il ciclo di lavoro, mentre il robot accompagna la lamiera durante la fase di piegatura. Una volta che il ciclo di piegatura è finito, il particolare viene posizionato dal robot nell’area di scarico su dei pallet.

Utensili per presse piegatrici

  • UTENSILI SUPERIORI, detti punzoni o coltelli.
  • UTENSILI INFERIORI, detti matrici, cave o raramente prismi.

Lo standard più diffuso è quello chiamato “europeo” con gli intermediari Promecam (dall’azienda francese, ormai chiusa, che per prima li produsse e li diffuse), in tutte le sue derivazioni e miglioramenti. Esistono intermediari Promecam con bloccaggio manuale, pneumatico, idraulico, attacco rapido, ecc. Questi intermediari fanno da “cuscinetto” tra gli utensili e il pestone e solitamente sono dotati di un cuneo posteriore con il quale se ne regola l’altezza, correggendo di fatto la chiusura degli angoli. Hanno spesso delle placchette che possono essere smontate per consentire l’installazione di utensili rovesci, se ve ne fosse bisogno.

L’altro standard (in realtà ne racchiude diversi) è quello che utilizza utensili generalmente più alti e, soprattutto, coassiali. La differenza ulteriore che si nota è l’assenza di intermediari tra utensili e pestone: i punzoni vengono fissati direttamente alla traversa mediante diversi tipi di attacco. Un modello molto diffuso è l’attacco Wila, chiamato da alcuni “standard americano”.

Indipendentemente dallo standard, la scelta degli utensili è un’azione da compiere con cura e valutando molteplici aspetti quali tipo di materiale, spessore, piega da ottenere e ingombri del pezzo. I punzoni, ad esempio, presentano una forma ben specifica che ne rivela, già a prima vista, lo scopo per cui sono stati realizzati. Un punzone avente un grande incavo, chiamato in gergo “collo di cigno”, è sicuramente stato realizzato per poter ottenere pezzi a C profonda, con doppie pieghe che altrimenti genererebbero collisioni. Come si può ben notare, è presente un reticolato che serve ad indicare gli ingombri raggiungibili con quel punzone specifico su un pezzo da piegare.

Il risultato che si ottiene è da considerarsi puramente indicativo, in quanto possono esserci condizioni in cui è necessario scegliere una matrice con una larghezza di V minore (ad esempio, in presenza di bordi minimi ridotti o di fori vicino alla linea di piegatura). Un esempio pratico: in presenza di uno spessore di 3 mm di S235 (acciaio al carbonio da carpenteria tra i più utilizzati) è consigliata una matrice da V= 25. s*8 in questo caso risulta 24, ma 25 è la misura commerciale più vicina. Nulla vieta, ovviamente, di utilizzare una matrice con V=20; è però sconsigliato scendere ancora a valori, ad esempio, di V= 16.

Ciò comporta una difficile standardizzazione delle lavorazioni. C’è anche da considerare che le misure del pezzo finito variano al variare della larghezza V della matrice, in virtù del fatto che minore è tale larghezza, più piccolo è il raggio interno naturalmente scaturito sul pezzo. Per l’acciaio inossidabile Aisi 304 tale valore va moltiplicato per 1,4.

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