Piegatura lamiere

La piegatura è una lavorazione che determina la deformazione permanente di una lamiera con un’azione di flessione a freddo attraverso l’uso di apposite macchine, chiamate piegatrici.

Lo stampo che esse contengono esercita quindi una pressione sulla lamiera di metallo ottenendo forme differenti in base allo stampo utilizzato.

Questa tecnica si basa su un principio: all’interno dei vari metalli vi è collocata una fibra neutra al centro del loro spessore che può deformarsi senza allungarsi ne contrarsi.

Tra gli aspetti fondamentali di cui tener conto affinché si ottenga una lamiera piegata ci sono:

– la scelta del metallo: esso deve essere sufficientemente plastico da non determinare delle rotture a ridosso della piega;

– la determinazione del ritorno elastico: dato che la piegatura comporta uno stiramento delle fibre esterne e un ricalcamento delle fibre interne con conseguente spostamento della fibra neutra nella parte interna, le tensioni interne derivanti possono determinare il cosiddetto fenomeno chiamato ritorno elastico.

Questo fenomeno fisico va ben determinato, calcolato e corretto prima della lavorazione della piegatura.

Le piegature delle lamiere avvengono su superfici metalliche così da ottenere prodotti semilavorati piani come risultato. Essa può essere effettuata su diversi tipi di superficie metallica, come l’alluminio, il ferro, il rame e l’acciaio inox.

Grazie alle note e peculiari caratteristiche, la piegatura di una lamiera in alluminio è una delle lavorazioni più semplici. La malleabilità, leggerezza, duttilità e morbidezza consentono la piegatura di questo metallo senza alcun rischio di rotture o insorgenza di crepe.

Essendo il secondo metallo più diffuso dopo l’alluminio, il ferro è largamente utilizzato per molteplici usi in svariati settori. Una lamiera piana in ferro può subire processo di piegatura e trasformazione in pezzi semilavorati di diverse forme.

Grazie alle sue caratteristiche di particolare resistenza e basso costo, i campi di applicazione del ferro sono infinitamente vasti.

L’acciaio inox è di certo il materiale caratterizzato da una particolare durezza. Per la piegatura di una lamiera in acciaio inox è importante mettere in atto dei precisi accorgimenti per ottenere risultati ottimali.

A motivo della sua elevata resistenza alla corrosione, l’acciaio inox è particolarmente richiesto in settori quali quello alimentare, cosmetico e farmaceutico. La piegatura dell’inox viene realizzata principalmente per tutte le lavorazioni in questi settori.

In altri settori, quali quello edilizio e automobilistico, uno dei metalli più richiesti è il rame per la sua alta conducibilità elettrica, conduttività termica, resistenza alla corrosione e robustezza. La piegatura può essere effettuata su lamiere di rame in modo semplice e rapido a motivo della sua duttilità e malleabilità.

Una prima tecnica di questa lavorazione della lamiera è la piegatura in aria. Essa si esegue attraverso l’utilizzo di un punzone superiore che viene fatto discendere sulla lamiera posta su una matrice inferiore a forma di V. In questo processo la lamiera viene in contatto con la macchina in soli tre punti di contatto: con il punzone superiore e con le 2 estremità dell’incavo della matrice inferiore.

L’angolo della piegatura è determinato dalla profondità che il punzone raggiunge premendo sulla lamiera. In questa lavorazione il ritorno elastico viene compensato grazie ad una maggiore penetrazione del punzone sulla lamiera il quale effettua una piega maggiore rispetto a quella ricercata, ottenendo così l’angolo desiderato. Questo fenomeno viene definito “over-bending”.

Questa tecnica ha dei vantaggi e svantaggi. Il principale vantaggio della piegatura in aria è la possibilità di esercitare una minore forza per piegare lamiere anche di grosso spessore, rispetto ad altre tecniche di lavorazione. Un altro considerevole vantaggio è la possibilità di ottenere angoli diversi con gli stessi medesimi utensili.

Lo svantaggio principale di questa tecnica è la difficoltà nel trovare la perfetta profondità di penetrazione col punzone per compensare il ritorno elastico. Per ovviare a questa difficoltà e garantire un elevato standard di qualità, è necessario utilizzare una pressa piegatrice ad alta tecnologia.

Un’altra tecnica di piegatura è la coniatura che prevede l’uso di un punzone che pressa completamente la lamiera metallica fino sul fondo cavo della matrice inferiore sulla quale è adagiata. A differenza della piegatura in aria, il punzone e la matrice devono avere l’identico angolo di inclinazione per permettere di coniare la lamiera eliminando così il ritorno elastico. Questa lavorazione, che è chiamata anche piegatura a fondo cava, viene utilizzata soprattutto per la piegatura di angoli a 90° con lamiera sottile.

I suoi principali vantaggi sono una particolare precisione, la costante ripetibilità dell’angolo di piegatura e l’opportunità di ottenere angoli inferiori rispetto a quelli risultanti dalla piegatura in aria.
Gli svantaggi, invece, sono la necessità di maggiore forza per la piegatura e dell’utilizzo di utensili differenti per ogni angolo che si desidera ottenere.

Un’altra tecnica degna di nota tra queste lavorazioni è la schiacciata, chiamata anche appiattimento. Essa si effettua in due fasi consecutive: dapprima una pre-piega a 26-35° effettuata con piegatura in aria ed una successiva schiacciatura parziale o completa della lamiera. Questa particolare tecnica viene impiegata solitamente per ottenere protezione dei bordi, rigidità e per evitare spigoli liberi dei pezzi lavorati. Per l’appiattimento si impiegano solitamente delle specifiche presse chiamate presso-piegatrici.

La presso-piegatrice è la macchina adibita alla lavorazione della piegatura della lamiera. Seppur il suo principio di funzionamento non si discosta molto dal concetto di avvicinare e far premere un punzone verso una matrice sulla quale è posta la lamiera, nel corso del tempo un’importante evoluzione della tecnica ha determinato significativi cambiamenti. Essa è generalmente utilizzata per la lavorazione di piccole quantità di pezzi, visti i bassi costi di realizzazione.

In base al loro sistema di funzionamento, alla loro tecnologia e ai prodotti da realizzare, esistono diverse tipologie di queste macchine.

Una tipologia di macchina che era largamente utilizzata è la pressa meccanica. Le caratteristiche fondamentali di questo tipo di pressa sono la grande forza di pressione esercitata, il suo movimento estremamente rapido e il fatto che, una volta azionata per un ciclo di piegatura della lamiera, non si ha modo più di fermarla. A causa di queste sue caratteristiche per cui gli operatori addetti dovevano mostrare grandissima attenzione nell’avviare il ciclo e nell’individuarne la sua fine, il suo utilizzo è stato considerato pericoloso. Per motivi di sicurezza queste macchine sono oggi considerate fuori Legge.

Una macchina piegatrice di larga diffusione ancora oggi molto utilizzata è la piegatrice idraulica di tipo RG. Per la sua semplicità e grande affidabilità, questo tipo di macchina solitamente compatta e bassa ha fatto letteralmente epoca nella lavorazione metalmeccanica della presso-piegatura di lamiere italiana e non solo.

Il suo principio di funzionamento è esattamente opposto a quello delle macchine meccaniche: invece di una parte superiore data da un punzone che scende verso la matrice, in queste macchine il movimento è contrario dato che è il banco con la lamiera a salire verso una parte superiore, chiamata traversa.

A causa del fatto che non presentano il punto di cambio velocità e soprattutto le fotocellule protettive, queste presse non soddisfano più le alte norme di sicurezza vigenti attualmente. Queste macchine possono ancora essere utilizzate solo nel caso in cui vengano aggiornate tramite l’installazione di specifici kit di sicurezza.

Un’evoluzione delle presso-piegatrici con l’uso di una traversa è la pressa idraulica a barra di torsione. Il suo movimento è dato da una parte superiore che scende tramite una coppia di pistoni idraulici con i suoi tre assi di movimento: x, z e y. La tecnologia di funzionamento di questa macchina è notevolmente più elevata rispetto alle suddette precedenti macchine illustrate.

La coppia di pistoni idraulici sono collegati meccanicamente con una barra che ne accoppia il movimento fino al punto più basso. Altre due chiocciole che scendono o salgono regolano l’altezza della fine corsa dei cilindri e, di conseguenza, della traversa superiore. Il semplice posizionatore che controlla la macchina è spesso un dispositivo privo di memoria interna e, per questo motivo, deve essere programmato di volta in volta nel momento in cui si devono realizzare pezzi di lamiere con un numero maggiore di piegature.

Un altro tipo di macchina dalla tecnologia più moderna ed attualmente molto diffusa è la pressa idraulica sincronizzata. Essa funziona tramite il movimento di una traversa superiore mediante due cilindri idraulici indipendenti regolati da valvole specifiche. Questa rinnovata tecnologia la rende precisa, versatile e pratica per la piegatura delle lamiere per i consumi più comuni.

L’ultima evoluzione delle presso-piegatrici in ordine di tempo è la pressa elettrica. Il movimento della traversa superiore, a differenza delle precedenti macchine, è azionato elettricamente tramite l’uso di differenti sistemi, come le viti a ricircolo o cinghie. Quindi, i cilindri idraulici delle macchine con precedente tecnologia sono stati soppiantati. I vantaggi che ne derivano dall’uso di questa pressa sono la velocità, la precisione e il basso consumo.

Nella piegatura a tre punti in una pressa piegatrice si distinguono 2 tipi di utensili:

– superiori, chiamati anche punzoni: sono collegati in alto sulla traversa;

– inferiori, chiamati anche matrici: sono installati sul banco di lavoro della macchina.

Essi sono i dispositivi che entrano in contatto diretto con la lamiera che deve essere piegata.
È molto importante che l’ufficio tecnico di un’azienda conosca e valuti in anticipo attentamente quali utensili sono necessari e adatti per una determinata lavorazione di piegatura. Dato che le lunghezze e le sagome degli utensili sono molto variabili, si deve riconoscere prima della lavorazione quali sono i corretti punzoni e matrici da installare sulla macchina presso-piegatrice, così da realizzare senza errori il prodotto specifico richiesto.

Per quanto possano essere strutturalmente differenti, tutte le presse piegatrici presentano delle parti in comune:

– la traversa: è la parte mobile su cui vengono installati i punzoni. Essa in base ad un movimento verticale scorre e si posiziona in punti ben stabiliti secondo il programma di lavorazione della piegatura da eseguire. La sua precisione viene migliorata grazie ad assi di movimento verticale differenti ed indipendenti che ne regolano l’eventuale sbilanciamento della macchina;

– il banco: è la parte fissa sottostante la traversa dove vengono installate le matrici. Per compensare la deformazione che effettua la traversa sulla lamiera posta sulla matrice, il banco può contenere un sistema di bombatura. Questo varia in base al tipo di macchina e principio di funzionamento (ad esempio, il sistema che deve compensare la deformazione in una macchina idraulica è differente da quello posto in una macchina elettrica a cinghia);

– le spalle: sono le piastre laterali che delimitano la larghezza della struttura del telaio della macchina;

– il Controllo Numerico Computerizzato (CNC): è il dispositivo elettronico col quale l’operatore si interfaccia con la macchina attraverso una programmazione che può essere diretta o in remoto da un ufficio tecnico (off-line). Molto spesso quello che viene definito il “cervello” della pressa permette di programmarla con due modalità differenti, la numerica e la grafica. Con la prima l’operatore inserisce in caselle apposite tutti i dati inerenti il pezzo da realizzare con la piegatura. Con la seconda la pressa lavora sulla base di una grafica a due o tre dimensioni che mostra esattamente il pezzo finito da realizzare oltre che la corretta sequenza di piegature;

– il registro posteriore: è generalmente una trave su cui sono posti due riscontri liberi di traslare lateralmente che permette di effettuare la corretta lunghezza di piegatura;

– gli assi: sono gli assi di movimento sui quali una pressa piegatrice lavora. Per tutti i costruttori essi sono 3 ed uniformi: x, y e z. Ci sono alcune varianti negli assi per permettere riscontri indipendenti per pieghe molto particolari (come le piegature coniche) in cui gli assi vengono distinti in 1 e 2.

L’utilizzo di presse piegatrici rende la piegatura una lavorazione molto richiesta perché permette di non dover ricorrere a lunghe lavorazioni di tipo meccanico o all’uso di costosi stampi. La realizzazione di prototipi e la realizzazione di lotti di un certo prodotto anche in piccole serie possono quindi essere effettuate attraverso la migliore e più economica lavorazione della piegatura di lamiere.

I suoi principali campi di applicazione sono nell’ambito della carpenteria, sia leggera (elettrodomestici, produzione di macchine, mobilio metallico, arredamento interno ed esterno) sia pesante (produzione di elementi strutturali nell’ambito dell’edilizia, telecomunicazioni, pali per il settore energetico). I prodotti derivanti da questa lavorazione vengono impiegati anche in altri ambiti, come quello dell’areonautica, aerospaziale, navale, ferroviario e trasporto.

Al momento della pianificazione di una lavorazione si devono tenere in considerazione aspetti quali:

– scelta della pressa da utilizzare: conoscendo la macchina a disposizione si devono valutare i suoi limiti e possibilità di lavorazione;

– scelta degli utensili da utilizzare;

– attuazione delle misure di sicurezza sui macchinari e della strumentazione: le presse piegatrici più moderne integrano sistemi di protezione evoluti non limitanti. In caso di macchine meno moderne devono essere adeguate con kit specifici per renderle sicure sul piano normativo.