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Trafilatura dei metalli
scienza e tecnologia dei materiali
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Trafilatura dei metalli
Caratteristiche generali
La trafilatura è un processo di deformazione plastica, volto a plasmare un materiale grezzo tramite apposite matrici.
Consiste sostanzialmente nella trazione di un materiale attraverso una o più matrici chiamate "filiere", che presentano un diametro progressivamente decrescente e che quindi ne riducono la sezione. Si differenzia dall'estrusione proprio perché il materiale è sottoposto a forze di trazione, anziché essere sottoposto a forze di compressione.
Come la piegatura, la trafilatura è un processo di lavorazione secondaria, in quanto viene effettuata su pezzi ricavati da una lavorazione precedente, detta appunto "primaria". Trasforma quindi pezzi forgiati, laminati o estrusi in prodotti finiti o in semilavorati.
L'esecuzione è abbastanza semplice da non richiedere l'intervento di manodopera altamente specializzata.
Si tratta di una tecnica applicata soprattutto alla lavorazione dei metalli ma che può essere impiegata anche dare forma ad altri materiali, come la ceramica o la pasta.
La trafilatura permette di ottenere pezzi molto precisi, con tolleranze dimensionali ristrette, con finiture superficiali di ottima qualità ed eccellenti proprietà meccaniche ed elettriche. È inoltre un processo economico ed efficiente.
Filo di partenza
La trafilatura è un processo che non prevede asportazione di materiale, per cui il volume del filo rimane costante. A variare è la sua lunghezza, che aumenta ad ogni passaggio, al graduale diminuire dello spessore.
A seconda del loro diametro, i fili sono suddivisi in quattro categorie:
- Capillari, con diametro inferiore a 0 mm;
- Sottili, con diametro tra 0 mm e 1 mm;
- Intermedi, con diametro tra 1 mm e 5 mm;
- Vergelle, con diametro tra 5 mm e 8 mm.
I microfili invece, hanno un diametro di pochi micrometri.
Per quanto riguarda la produzione industriale di massa, i fili più sottili sono in rame e presentano un diametro di 10 μm.
I fili più sottili realizzati in Europa però sono quelli di lega di oro, che presentano un diametro di 6 μm e che vengono impiegati nella costruzione di componenti elettronici.
Per evitare di causare la rottura dei fili o di ottenere una finitura superficiale di scarsa qualità, è bene stabilire a priori i parametri di processo, ovvero il valore della riduzione per passo, il numero e le dimensioni dei profili delle matrici.
Il rapporto di riduzione ottimale per passo è compreso tra il 10% e il 45% e varia a seconda della durezza del materiale.
Un altro aspetto fondamentale da considerare è il lubrificante, in quanto contribuisce a ridurre l'attrito, evitando il surriscaldamento del filo e l'usura delle matrici.
Procedimento
Il filo da lavorare viene sottoposto ad un'operazione chiamata "swagging", che consiste nella riduzione del diametro di una delle due estremità, in modo da agevolare il suo inserimento nella matrice. Questo passaggio viene ripetuto ogni volta che il filo passa da una matrice ad un'altra, dal momento che le loro dimensioni diminuiscono progressivamente.
La temperatura è mantenuta costante intorno ai 39°C - 40°C. Il filo in uscita ha una temperatura più elevato, intorno ai 60°C - 70°C, per via dell'attrito.
Le molle e i fili in acciaio per le corde degli strumenti musicali, sono gli unici componenti ad essere sottoposti a trattamenti a caldo prima e dopo la trafilatura.
Durante la lavorazione, la macchina trafilatrice monitora tre parametri:
- Velocità in uscita dalla trafilatrice;
- Diametro prefinale (corrispondente al penultimo passo);
- Diametro finale.
Terminati i passaggi attraverso le matrici, il filo incrudito subisce una ricottura, volta a ripristinare le sue proprietà meccaniche ed elettriche.
Dopo la ricottura, viene effettuato un raffreddamento in emulsione, seguito da un'asciugatura ad aria che prepara il filo alla bobinatura. Il bobinatore avvolge uno o più fili insieme, formando le bobine.
Micro-trafilatura
La micro-trafilatura è una variante della trafilatura, che consente di ottenere fili dello spessore di pochi micrometri. È un processo che è stato sviluppato per rispondere alla crescente richiesta di micro-componenti per i quali sono necessari pezzi elettronici e meccanici miniaturizzati.
Questa tecnica richiede però investimenti importanti, perché necessita di materie prime di qualità superiore, attrezzature e macchinari dedicati, impianti all'avanguardia per sostenere la produzione industriale di massa dei nuovi pezzi e anche personale più qualificato.
Trafilatura dei metalli
Corso: scienza e tecnologia dei materiali
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