Qual è la classificazione di base della forgiatura?

La forgiatura è un processo fondamentale di lavorazione dei metalli che svolge un ruolo fondamentale nella produzione di componenti resistenti e durevoli in diversi settori industriali. Dagli alberi motore per l'industria automobilistica e dalle staffe aerospaziali ai dispositivi di fissaggio per l'edilizia e agli utensili per l'industria petrolifera, i componenti forgiati sono noti per le loro eccellenti proprietà meccaniche e l'integrità strutturale.

Capire ilclassificazione di base della forgiaturaAiuta ingegneri, progettisti e addetti agli acquisti a scegliere il metodo di forgiatura più adatto in base all'applicazione, alla complessità del componente, al volume di produzione e al tipo di materiale. Questo articolo esplora i principali tipi di forgiatura e le loro caratteristiche per aiutarvi a prendere decisioni consapevoli.

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Cos'è la forgiatura?

Forgiaturaè un processo di fabbricazione che prevede la modellatura del metallo utilizzando forze di compressione localizzate. Questo può essere ottenuto tramite martellatura, pressatura o laminazione, solitamente con il metallo in uno stato riscaldato (ma solido). La forgiatura migliora la struttura interna dei grani, aumenta la resistenza ed elimina difetti come porosità o inclusioni.

La forgiatura si è evoluta in varie tecniche a seconda di fattori quali la temperatura, l'attrezzatura utilizzata e la configurazione dello stampo.

Classificazione di base della forgiatura

I processi di forgiatura possono essere ampiamente classificati in base adue criteri principali:

1. Temperatura di formatura

2. Configurazione dello stampo e utensili

Esaminiamo nel dettaglio ciascuna classificazione.

Classificazione per temperatura di formatura

Questo è il modo più comune per classificare i processi di forgiatura. A seconda della temperatura a cui viene eseguita, la forgiatura si suddivide in:

1. Forgiatura a caldo

Definizione: Eseguito ad alte temperature, in genere superiori alla temperatura di ricristallizzazione del metallo (circa 1100–1250 °C per l'acciaio).

Vantaggi:

• Elevata duttilità e bassa resistenza alla deformazione

• Consente forme complesse

• Affina la struttura del grano

• Elimina porosità e difetti

Svantaggi:

• Formazione di calcare dovuta all'ossidazione

• La precisione dimensionale è inferiore a quella della forgiatura a freddo

• Richiede più energia per il riscaldamento

Applicazioni:

• Parti per autoveicoli (alberi motore, ingranaggi)

• Componenti per macchinari pesanti

• Alberi e flange industriali

2. Forgiatura a caldo

Definizione: Eseguito a temperature intermedie (tra 500°C e 900°C), combinando alcuni vantaggi della forgiatura a caldo e a freddo.

Vantaggi:

• Carichi di formatura ridotti

• Controllo dimensionale migliorato

• Minore ossidazione rispetto alla forgiatura a caldo

• Migliore finitura superficiale

Svantaggi:

• Limitato a materiali specifici

• Requisiti di apparecchiature più complessi

Applicazioni:

• Componenti della trasmissione

• piste dei cuscinetti

• Pezzi grezzi per ingranaggi

3. Forgiatura a freddo

Definizione: Eseguito a temperatura ambiente o quasi, senza riscaldare il materiale.

Vantaggi:

• Ottima finitura superficiale

• Tolleranza dimensionale stretta

• L'incrudimento migliora la resistenza

• Nessuna ossidazione o formazione di calcare

Svantaggi:

• Sono richieste elevate forze di formatura

• Limitato a forme più semplici e materiali più morbidi

• Rischio di stress residuo

Applicazioni:

• Elementi di fissaggio (bulloni, viti, rivetti)

• Alberi

• Piccoli componenti di precisione

Classificazione per configurazione dello stampo

La forgiatura può essere classificata anche in base al tipo di stampi e attrezzature utilizzati nel processo:

1. Forgiatura a stampo aperto (forgiatura libera)

Definizione: Il metallo viene posizionato tra stampi piatti o semplici che non racchiudono completamente il materiale.

Processo:

• Il pezzo viene deformato in più fasi

• L'operatore controlla la direzione della deformazione

• Ideale per produzioni personalizzate o di basso volume

Vantaggi:

• Adatto a forme grandi e semplici

• Minore costo dello stampo

• Buon controllo sul flusso del grano

Svantaggi:

• Precisione dimensionale inferiore

• È richiesta più manodopera qualificata

• Potrebbero essere necessarie lavorazioni aggiuntive

Applicazioni:

• Alberi di grandi dimensioni, dischi, anelli

• Componenti industriali pesanti

• Parti per la produzione di energia e per la marina

2. Forgiatura a stampo chiuso (forgiatura a stampo a impressione)

Definizione: Il metallo viene inserito in una cavità dello stampo che riproduce la forma desiderata del pezzo.

Processo:

• La forza ad alta pressione spinge il metallo nello stampo

• Il flash viene spesso formato e poi rifilato

• Ideale per produzioni ad alto volume

Vantaggi:

• Componenti precisi, di forma quasi netta

• Elevata ripetibilità ed efficienza

• Proprietà meccaniche migliorate grazie all'allineamento dei grani

Svantaggi:

• Costi di attrezzaggio più elevati

• Limitato a parti di piccole e medie dimensioni

• Richiede attrezzature più sofisticate

Applicazioni:

• Ingranaggi

• Bielle

• Componenti per l'industria automobilistica e aerospaziale

3. Forgiatura rovesciata

Definizione: Consiste nell'aumentare il diametro di una porzione di una barra metallica comprimendone la lunghezza.

Processo:

• Tipicamente eseguito in macchine forgiatrici orizzontali

• Utilizzato per formare teste su bulloni, rivetti e dispositivi di fissaggio

Vantaggi:

• Produzione efficiente di componenti simmetrici

• Buona resistenza meccanica

• Alta velocità di produzione

Applicazioni:

• bulloni

• Viti

• Alberi e steli delle valvole

4. Laminazione ad anello senza soluzione di continuità

Definizione: Un tipo specifico di forgiatura in cui un anello viene formato da una preforma forata e poi espanso mediante laminazione.

Vantaggi:

• Ottimo orientamento della grana

• Spessore preciso della parete

• Conveniente per anelli di grande diametro

Applicazioni:

• Cuscinetti

• Flange

• Ingranaggi e componenti di recipienti a pressione

Classificazioni aggiuntive

Nella forgiatura moderna, i processi vengono classificati anche in base a:

a. Tipo di macchina

• Forgiatura a martello

• Forgiatura con pressa idraulica

• Forgiatura a pressa a vite

• Stampaggio a pressa meccanica

b. Livello di automazione

• Forgiatura manuale

• Forgiatura semiautomatica

• Forgiatura completamente automatica

c. Tipo di materiale

• Ferroso (acciaio al carbonio, acciaio inossidabile)

• Non ferrosi (alluminio, rame, titanio, leghe di nichel)

Forgiatura vs altri metodi di formatura dei metalli