Cosa sono i servizi di stampaggio e fabbricazione della lamiera e come scegliere il processo giusto per le vostre parti?

Che cos'è lo stampaggio della lamiera e come funziona?

Stampaggio lamiera è un processo di formatura a freddo in cui la lamiera piana viene inserita in una pressa per stampaggio e modellata da un utensile temprato e da un set di matrici che applica una forza di compressione per deformare il metallo in una precisa geometria tridimensionale. Il processo comprende diverse operazioni secondarie che possono essere eseguite individualmente o in sequenza all'interno di un singolo stampo progressivo o di uno strumento di trasferimento: tranciatura (taglio del profilo esterno del pezzo dalla lamiera), perforazione (taglio di fori e aperture), piegatura (formazione di caratteristiche angolari), trafilatura (tirando il metallo a forma di tazza o conchiglia), coniatura (applicazione di una pressione localizzata molto elevata per produrre caratteristiche superficiali precise e tolleranze dimensionali strette) e goffratura (creazione di motivi superficiali rialzati o incassati per scopi di rigidità o identificazione).

Il principale vantaggio economico dello stampaggio della lamiera è la velocità: una moderna pressa per stampaggio progressiva ad alta velocità che opera da 200 a 800 colpi al minuto può produrre una parte metallica stampata complessa in ogni frazione di secondo, ottenendo un tempo ciclo per parte che nessun altro processo di formatura dei metalli può raggiungere con una complessità equivalente. L’investimento in attrezzature necessario per raggiungere questa velocità è sostanziale, in genere varia da 15.000 a 250.000 dollari o più per uno stampo progressivo complesso, ma questo investimento viene ammortizzato durante il ciclo di produzione. Con volumi superiori a 10.000-50.000 parti all'anno, a seconda della complessità della parte, lo stampaggio offre costantemente il costo per parte più basso di qualsiasi opzione di formatura dei metalli per le parti entro la sua capacità geometrica.

Stampaggio con stampo progressivo e stampaggio con stampo a trasferimento

Le due principali configurazioni di matrici per stampaggio utilizzate nello stampaggio di produzione sono matrici progressive e matrici a trasferimento e la scelta tra queste ha implicazioni significative per le dimensioni della parte, la complessità e il costo per parte:

• Stampaggio progressivo: Il nastro di lamiera avanza continuamente attraverso una serie di stazioni all'interno di un singolo set di stampi, con ogni corsa della pressa che fa avanzare il nastro di un passo di stazione ed esegue simultaneamente l'operazione designata in ciascuna stazione. Il pezzo rimane attaccato al nastro tramite le linguette di supporto fino alla stazione finale, dove viene separato dal nastro come pezzo finito. Gli stampi progressivi sono la scelta preferita per pezzi di piccole e medie dimensioni (tipicamente inferiori a 300 mm in qualsiasi direzione) che richiedono un gran numero di operazioni di formatura e sono prodotti in volumi molto elevati. La striscia portante fornisce un posizionamento preciso delle parti tra le stazioni senza apparecchiature di trasferimento meccanico, consentendo le massime velocità di stampa possibili.
• Stampaggio a trasferimento: I singoli pezzi grezzi vengono tagliati dalla striscia e poi trasferiti meccanicamente tra stazioni di fustellatura separate mediante un meccanismo di trasferimento integrato nella pressa. Gli stampi a trasferimento possono gestire parti più grandi e complesse rispetto agli stampi progressivi perché la parte non è costretta a rimanere attaccata a una striscia di supporto, consentendo operazioni di formatura che richiedono che l'intero perimetro del pezzo grezzo sia libero. Lo stampaggio a trasferimento è il processo standard per pannelli di grandi carrozzerie automobilistiche, componenti strutturali e altre parti nella gamma di dimensioni da 300 mm a 2.000 mm.

Tolleranze ottenibili nello stampaggio di precisione dei metalli

Lo stampaggio di precisione dei metalli si riferisce alle operazioni di stampaggio che raggiungono costantemente tolleranze dimensionali più strette rispetto allo stampaggio commerciale standard, in genere attraverso l'uso di tranciatura fine, coniatura o utensili rettificati di precisione con giochi degli stampi più stretti. Lo stampaggio commerciale standard in genere raggiunge tolleranze dimensionali comprese tra più o meno 0,1-0,25 mm sulle caratteristiche della parte; lo stampaggio di precisione dei metalli mediante tranciatura fine raggiunge tolleranze di più o meno 0,05 mm o più strette sulla perpendicolarità del bordo tagliato e sulle dimensioni delle caratteristiche, con finitura superficiale sui bordi tranciati di Ra da 0,4 a 1,6 micrometri rispetto a Ra da 3,2 a 6,3 micrometri per i bordi stampati standard. Queste tolleranze più strette comportano un costo per pezzo e per attrezzatura più elevato e lo stampaggio di precisione è quindi specificato solo laddove l'applicazione richiede effettivamente un controllo dimensionale più rigoroso, come negli sbozzi degli ingranaggi, nei componenti delle valvole e nelle parti strutturali di precisione automobilistiche dove l'adattamento dell'assemblaggio e le prestazioni funzionali dipendono da una geometria precisa.

Fabbricazione di lamiere: processi, funzionalità e applicazioni

La fabbricazione della lamiera comprende l'insieme più ampio di processi utilizzati per tagliare, formare e unire la lamiera in parti e assemblaggi finiti, compresi i metodi che non richiedono il grande investimento di capitale in attrezzature di pressatura richiesto dallo stampaggio. I processi di fabbricazione principali sono il taglio laser, il taglio al plasma, il taglio a getto d'acqua, la piegatura con pressa piegatrice, la profilatura e la saldatura e questi processi vengono utilizzati singolarmente o in combinazione per produrre parti in lamiera dalle quantità di prototipi fino ai volumi di produzione medi dove l'economia degli utensili per stampaggio non è giustificata dal volume.

Taglio laser e formatura presso presse piegatrici CNC

Il taglio laser è il metodo di taglio dominante nella moderna produzione di lamiere per spessori di parti da 0,5 mm a circa 25 mm in acciaio e alluminio. Le macchine da taglio laser a fibra con potenze da 6 a 20 kilowatt possono tagliare lamiere di acciaio dolce a una velocità da 25 a 50 metri al minuto con spessori da 1 a 3 mm, ottenendo tolleranze del bordo tagliato di più o meno 0,1 mm ed eliminando la necessità di utensili da taglio specifici per la parte. Poiché il percorso di taglio è programmato nel software, una macchina di taglio laser può produrre un nuovo profilo di parte entro poche ore dalla ricezione di un disegno rivisto, rendendolo il metodo di taglio preferito per parti in lamiera personalizzate e di volume ridotto.

La piegatura della pressa piegatrice CNC forma gli spazi vuoti tagliati in forme tridimensionali applicando una combinazione di punzone e matrice a V per creare angoli di piega precisi. Le moderne presse piegatrici CNC dotate di sistemi di misurazione dell'angolo e bombatura automatica raggiungono normalmente tolleranze dell'angolo di piega di più o meno 0,5 gradi e di più o meno 0,2 gradi con feedback di configurazione e misurazione esperti. La combinazione di taglio laser e formatura presso presse piegatrici CNC è il percorso di fabbricazione standard per parti di lamiera personalizzate in quantità da 1 a circa 5.000 pezzi, coprendo la gamma di volumi in cui l'investimento in attrezzature per stampaggio non è economicamente giustificabile per la maggior parte delle geometrie dei pezzi.

Stampaggio vs Fabbricazione: quando scegliere ciascun processo

Parti di precisione per stampaggio metalli per applicazioni automobilistiche

L’industria automobilistica è il più grande consumatore di pezzi stampati di precisione a livello globale, rappresentando circa il 35-45% della produzione globale di pezzi stampati in valore. Le esigenze dello stampaggio automobilistico sono distinte dallo stampaggio industriale generale sotto diversi aspetti importanti: i volumi delle parti sono enormi (un singolo modello di veicolo può richiedere da 100.000 a 500.000 unità all'anno), i requisiti di coerenza dimensionale sono estremamente rigidi perché le parti devono essere assemblate correttamente durante l'intero ciclo di produzione senza alcuna regolazione individuale, l'utilizzo del materiale deve essere massimizzato perché i costi dei materiali in acciaio e alluminio rappresentano dal 60 al 70% del costo totale delle parti nello stampaggio automobilistico di grandi volumi e le parti devono soddisfare la sicurezza, la durata e la sicurezza del veicolo. Requisiti NVH (rumore, vibrazioni e durezza) codificati in rigorosi standard tecnici specifici del cliente.

Stampaggio della struttura della scocca e del pannello di chiusura

Lo stampaggio della struttura della carrozzeria automobilistica comprende i principali componenti strutturali della carrozzeria del veicolo in bianco: il pianale, il firewall, il pannello del tetto, i montanti A e B, le soglie delle porte e gli esterni laterali della carrozzeria. Queste parti sono stampate con qualità di acciaio ad alta e altissima resistenza (acciai HSLA, DP, CP e martensitici) con resistenze alla trazione che vanno da 340 MPa per l'acciaio strutturale dolce fino a 1.500 MPa e oltre per l'acciaio martensitico temprato a pressione utilizzato nei componenti critici per la sicurezza contro le intrusioni.

I componenti in acciaio temprato a pressione (PHS), come i montanti A, i montanti B e le travi anti-intrusione delle porte, vengono stampati in processi di formatura a caldo in cui il grezzo viene riscaldato a 900-950 gradi Celsius prima della formatura, quindi raffreddato rapidamente all'interno dello stampo per ottenere una microstruttura martensitica con resistenza alla trazione compresa tra 1.300 e 1.500 MPa con una massa della parte inferiore dal 20 al 30% rispetto a una parte in acciaio ad alta resistenza formata a freddo con prestazioni strutturali equivalenti. La riduzione della massa contribuisce direttamente all’efficienza del carburante e all’autonomia dei veicoli elettrici a batteria, rendendo lo stampaggio PHS una tecnologia abilitante fondamentale per i programmi di alleggerimento dei veicoli di tutti i principali produttori automobilistici.

Parti strutturali e funzionali automobilistiche stampate di precisione

Oltre ai pannelli della struttura della carrozzeria, lo stampaggio di precisione dei metalli produce un'ampia gamma di parti strutturali e funzionali del settore automobilistico che richiedono tolleranze più strette e geometrie più complesse rispetto ai pannelli della carrozzeria:

• Componenti della sospensione: Staffe del braccio di controllo, sedili delle molle e rinforzi del passaruota stampati in acciaio ad alta resistenza con tolleranze dimensionali strette, dove la geometria influisce direttamente sull'allineamento delle ruote, sulla manovrabilità e sull'usura dei pneumatici. I requisiti di tolleranza sulle posizioni dei fori di montaggio sono in genere più o meno da 0,1 a 0,2 mm per queste parti per garantire un allineamento coerente attraverso le variazioni di costruzione della catena di montaggio.
• Componenti del gruppo propulsore e della trasmissione: Pezzi grezzi di ingranaggi, dischi frizione e rinforzi dell'alloggiamento della trasmissione che richiedono una tranciatura fine per ottenere bordi di taglio lisci e perpendicolari e tolleranze dimensionali strette necessarie per il corretto funzionamento nei gruppi rotanti ad alta velocità. Gli sbozzi per ingranaggi con tranciatura fine raggiungono tolleranze del profilo dei denti entro gli standard di qualità DIN 7 rispetto ai valori DIN da 10 a 11 per gli equivalenti stampati e lavorati convenzionalmente.
• Componenti del vassoio e della custodia della batteria: Per i veicoli elettrici a batteria, componenti in alluminio e acciaio stampati con precisione formano l'involucro strutturale e la suddivisione interna del pacco batterie ad alta tensione. Queste parti combinano tolleranze dimensionali strette (fondamentali per la tenuta e l'adattamento dell'assemblaggio) con elevati requisiti di utilizzo dei materiali (i componenti del pacco batteria sono spesso costose leghe di alluminio in cui lo spreco di materiale influisce direttamente sull'economia delle parti).
• Componenti critici per la sicurezza delle cinture di sicurezza e degli airbag: Piastre di ancoraggio delle cinture di sicurezza, staffe dei pretensionatori e componenti dell'alloggiamento degli airbag stampati con precisione secondo specifici requisiti di spessore e durezza del materiale, con ispezione dimensionale al 100% e completa tracciabilità del materiale come requisiti di qualità standard.

Requisiti e standard di qualità per lo stampaggio automobilistico

I fornitori di stampaggi automobilistici sono tenuti a operare secondo la certificazione del sistema di gestione della qualità IATF 16949, che integra i requisiti ISO 9001 con i requisiti specifici del settore automobilistico per la pianificazione avanzata della qualità del prodotto (APQP), il processo di approvazione delle parti di produzione (PPAP), l'analisi del sistema di misurazione (MSA) e il controllo statistico del processo (SPC). La presentazione del PPAP per un nuovo stampaggio di precisione richiede in genere risultati dimensionali di un minimo di 30 parti prodotte consecutivamente che mostrino tutte le dimensioni critiche entro le specifiche con un Cpk (indice di capacità di processo) di 1,67 o superiore e tutte le dimensioni principali con un Cpk di 1,33 o superiore. Questi requisiti di capacità garantiscono che il processo di stampaggio sia sufficientemente robusto da mantenere la conformità per l’intero volume di produzione con una probabilità molto bassa che le parti fuori tolleranza raggiungano la catena di montaggio.

Parti in lamiera per attrezzature industriali

I produttori di apparecchiature industriali comprendono un'ampia gamma di categorie di prodotti: macchine agricole, macchine edili, sistemi di movimentazione dei materiali, pompe e compressori industriali, apparecchiature per la produzione di energia e macchinari per impianti di processo. Le parti in lamiera richieste in queste applicazioni variano enormemente in termini di dimensioni, specifiche dei materiali, volume e requisiti di precisione, ma condividono una caratteristica comune: devono funzionare in modo affidabile in condizioni di servizio impegnative per durate operative estese misurate in decenni anziché in anni.

Telai strutturali e involucri

I telai strutturali, le protezioni e gli involucri dei macchinari industriali sono generalmente fabbricati in acciaio di grosso spessore (da 3 a 12 mm di spessore) utilizzando il taglio laser e la piegatura con pressa piegatrice seguiti da saldatura MIG o TIG. Queste parti sono progettate per la rigidità strutturale e la protezione ambientale piuttosto che per una precisione dimensionale inferiore al millimetro, e i processi di fabbricazione si adattano bene ai volumi di produzione moderati tipici dei produttori di apparecchiature industriali, dove la produzione annuale di uno specifico modello di macchina può variare da 100 a 10.000 unità.

Il trattamento superficiale delle parti strutturali in lamiera per apparecchiature industriali prevede in genere la granigliatura per rimuovere le scaglie di laminazione e la contaminazione superficiale, seguita dall'applicazione di primer e finitura mediante spruzzo elettrostatico o rivestimento catodico per immersione. Per le apparecchiature che operano in ambienti altamente corrosivi (marino, lavorazione chimica, industria mineraria), la zincatura a caldo o i rivestimenti di zinco spruzzati termicamente forniscono una protezione dalla corrosione superiore rispetto ai soli sistemi di verniciatura, con durate di servizio da 20 a 40 anni nelle categorie di corrosione industriale moderata.

Componenti funzionali stampati di precisione in apparecchiature industriali

All'interno delle apparecchiature industriali, alcuni componenti funzionali richiedono la precisione e la ripetibilità dello stampaggio piuttosto che della fabbricazione. Le laminazioni dei motori elettrici sono punzonate in acciaio elettrico al silicio (una lega specializzata con bassa perdita di isteresi magnetica) con tolleranze estremamente strette sulla geometria delle scanalature, sul diametro esterno e sulla planarità di impilamento; Le tolleranze di tranciatura della laminazione del motore sono generalmente più o meno comprese tra 0,02 e 0,05 mm sulle dimensioni della fessura e del foro per garantire il corretto traferro magnetico e il riempimento della fessura dell'avvolgimento che determinano l'efficienza del motore. Un singolo motore industriale di medie dimensioni contiene da 200 a 1.000 lamierini singoli, rendendo la tranciatura di precisione ad alta velocità l’unico metodo di produzione economicamente sostenibile per i volumi richiesti dall’industria dei motori elettrici.

Componenti di relè e contattori, corpi di valvole pneumatiche e piastre distanziatrici di collettori idraulici sono ulteriori esempi di parti stampate di precisione in apparecchiature industriali in cui l'accuratezza dimensionale della parte stampata determina direttamente le prestazioni funzionali dell'assieme. Queste parti sono spesso stampate in acciaio inossidabile temprato, bronzo fosforoso o leghe di rame-berillio che richiedono un'attenta progettazione degli utensili per gestire il ritorno elastico, l'incrudimento e l'usura dello stampo entro limiti accettabili durante la durata dell'utensile richiesta.

Selezione dei materiali per parti in lamiera industriale

Parti in lamiera personalizzate per sistemi HVAC

I sistemi HVAC (riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria) rappresentano uno dei mercati più grandi e tecnicamente più specifici per le parti in lamiera personalizzate. I requisiti funzionali della lamiera HVAC sono distinti dalla lamiera industriale strutturale: le parti devono mantenere precise relazioni dimensionali per garantire un assemblaggio ermetico e un corretto flusso d'aria, devono essere fabbricate con materiali adeguati alla temperatura, all'umidità e all'ambiente chimico dell'aria trattata e devono essere prodotte nei volumi moderati tipici dei produttori di apparecchiature HVAC (da centinaia a decine di migliaia di unità all'anno) dove l'economia favorisce la fabbricazione rispetto a strumenti di stampaggio ad alto investimento per la maggior parte dei tipi di parti.

Componenti delle condutture: requisiti di materiale e fabbricazione

Le condutture rettangolari e circolari per sistemi HVAC commerciali e industriali sono realizzate in lamiera di acciaio zincato conforme alla norma ASTM A653 o standard equivalenti, in calibri da 26 manometri (0,55 mm) per condutture residenziali a bassa pressione a 16 manometri (1,5 mm) per condutture industriali ad alta pressione. Il rivestimento in zinco galvanizzato fornisce protezione dalla corrosione senza verniciatura, il che è importante nelle applicazioni di trattamento dell'aria in cui la fuoriuscita di gas dalla vernice nel flusso d'aria è inaccettabile. Gli standard SMACNA (Associazione nazionale appaltatori di lamiere e aria condizionata) specificano lo spessore minimo della lamiera, il tipo di giuntura e i requisiti di rinforzo per le condutture in ciascuna classe di pressione statica, da 0,5 pollici di manometro per sistemi residenziali a 10 pollici di manometro e oltre per sistemi di pressurizzazione industriali e di laboratorio.

Per le applicazioni HVAC che gestiscono flussi d'aria corrosivi o umidi come sistemi di scarico di cucine, scarichi di laboratori chimici e ventilazione di piscine, viene specificato l'acciaio inossidabile di grado 304 o 316 al posto dell'acciaio zincato per resistere agli ambienti carichi di cloruro o acidi che distruggono i rivestimenti di zinco in pochi mesi. Il costo più elevato di materiale e fabbricazione delle condutture in acciaio inossidabile è giustificato da una durata di servizio compresa tra 20 e 30 anni rispetto ai 3-7 anni dell'acciaio zincato nello stesso ambiente aggressivo.

Involucro e componenti interni dell'unità di trattamento aria

I pannelli dell'involucro, i telai interni e le staffe di montaggio dei componenti delle unità di trattamento dell'aria (AHU) commerciali e industriali sono generalmente parti in lamiera fabbricate su misura. Gli involucri delle UTA devono soddisfare più requisiti contemporaneamente: rigidità strutturale per resistere ai carichi di pressione e al peso dei componenti interni, tra cui batterie, ventilatori e filtri; prestazioni di isolamento termico per ridurre al minimo l'accumulo o la perdita di calore attraverso l'involucro; tenuta all'aria per impedire il bypass dei componenti di filtrazione e recupero energetico; e pulibilità per applicazioni in ambienti di lavorazione alimentare, farmaceutici e sanitari.

La costruzione di pannelli sandwich utilizzando due lamiere di acciaio zincato o preverniciato con un'anima in schiuma di poliuretano o lana minerale è l'approccio standard per i pannelli coibentati dell'involucro dell'UTA. I pannelli sandwich isolanti per applicazioni UTA hanno in genere uno spessore compreso tra 25 e 50 mm, raggiungono una trasmittanza termica (valore U) compresa tra 0,5 e 1,0 W/m2K e devono soddisfare la classe di perdita d'aria dell'involucro EN 1886 L1 o L2 (equivalente a tassi di perdita inferiori a 0,009 - 0,028 litri al secondo per metro quadrato di area dell'involucro alla classe di pressione di progetto) per applicazioni HVAC di edifici ad alta efficienza energetica.

Componenti stampati di precisione nelle apparecchiature HVAC

Mentre i componenti delle condutture e degli involucri sono principalmente fabbricati piuttosto che stampati, alcuni componenti delle apparecchiature HVAC sono prodotti mediante stampaggio di precisione in volumi che rendono economicamente giustificato l'investimento in attrezzature:

• Alette dello scambiatore di calore: Le alette in alluminio delle batterie refrigeranti e degli scambiatori di recupero di calore sono stampate con precisione da un foglio di alluminio (solitamente di spessore compreso tra 0,1 e 0,15 mm) in stampi progressivi ad alta velocità che formano la geometria delle alette, creano il collare per i fori del tubo del refrigerante e contemporaneamente producono le ondulazioni e le griglie che migliorano le prestazioni di trasferimento del calore. Una tipica serpentina di raffreddamento da 100 kW contiene da 50.000 a 200.000 alette individuali, rendendo lo stampaggio di precisione ad alta velocità l'unico metodo di produzione pratico. Sono necessarie tolleranze della geometria delle alette comprese tra più o meno 0,02-0,05 mm sull'altezza del collare e sul diametro del foro per garantire il corretto inserimento del tubo e il sicuro legame meccanico tra l'aletta e il tubo dopo l'espansione del tubo.
• Pale e telai della serranda: Le pale della serranda in acciaio inossidabile o zincato stampato di precisione per serrande di controllo del volume, serrande tagliafuoco e serrande di bilanciamento richiedono una planarità costante e bordi dritti per ottenere le prestazioni di tenuta specificate per la loro applicazione. In particolare, le pale della serranda tagliafuoco devono soddisfare gli standard UL 555 o EN 1366 relativi alle perdite e alla resistenza al fuoco che dipendono dalla precisa geometria della pala e dal contatto dei bordi.
• Componenti della ventola: Le pale della ventola centrifuga, i coni di ingresso e gli anelli del diffusore sono stampati con precisione da acciaio laminato a freddo o alluminio e quindi saldati nel gruppo completo della ventola. Le tolleranze della geometria delle pale influiscono sulle prestazioni aerodinamiche della ventola; un angolo della pala e una lunghezza della corda coerenti su tutte le pale della ruota sono fondamentali per ottenere l'aumento di pressione, la portata e l'efficienza nominali alla velocità di progetto.

Servizi di stampaggio lamiera personalizzati: cosa dovrebbero valutare i produttori

La scelta di un fornitore di servizi di stampaggio lamiera personalizzato è una decisione di approvvigionamento con implicazioni a lungo termine per la qualità delle parti, l'affidabilità della catena di fornitura e il costo totale di proprietà. L'investimento in attrezzature viene effettuato all'inizio del rapporto e il cambiamento dei fornitori di stampaggio a metà programma richiede il trasferimento di attrezzature (che comporta costi, ritardi e rischi di convalida) o la costruzione di nuove attrezzature a un costo aggiuntivo. Una valutazione approfondita di un potenziale fornitore di stampaggio prima di impegnarsi in investimenti in attrezzature è quindi essenziale per i produttori di qualsiasi settore.

Capacità tecniche da verificare prima della selezione del fornitore

La valutazione della capacità tecnica per un fornitore di stampaggio di metalli di precisione dovrebbe coprire le seguenti aree:

• Capacità della pressa e range di tonnellaggio: Verificare che il fornitore utilizzi presse con tonnellaggio adeguato per le parti prese in considerazione. Lo stampaggio di una parte in una pressa sottodimensionata crea uno stress eccessivo sullo stampo e un'usura accelerata dello stesso; l'utilizzo di una pressa sovradimensionata spreca energia e potrebbe non fornire la risoluzione di controllo necessaria per un lavoro di precisione. Richiedi l'inventario delle presse, compresi tonnellaggio, dimensioni del basamento, corsa e altezza di chiusura per ciascuna pressa del parco di produzione.
• Capacità di progettazione e costruzione interna degli stampi: I fornitori che progettano e costruiscono internamente le proprie attrezzature hanno tempi di risposta più rapidi per la revisione degli stampi, una migliore comprensione del rapporto tra progettazione dello stampo e qualità delle parti e una responsabilità più diretta per le prestazioni degli utensili. I fornitori che esternalizzano tutte le attrezzature introducono un livello aggiuntivo di gestione e comunicazione della catena di fornitura che prolunga i tempi di consegna e complica la risoluzione dei problemi durante la prova degli stampi e l'accelerazione della produzione.
• Attrezzature per metrologia e ispezione: Lo stampaggio di precisione dei metalli richiede misurazioni precise. Verificare che il fornitore utilizzi macchine di misura a coordinate (CMM) in grado di misurare secondo le tolleranze richieste dalle parti fornite e che la misurazione venga eseguita regolarmente in produzione anziché solo durante l'approvazione della parte. I rapporti di ispezione del primo articolo (FAIR) dovrebbero essere forniti come standard sull'approvazione di nuove attrezzature e su qualsiasi modifica dello stampo.
• Certificazioni e tracciabilità dei materiali: Confermare che il fornitore riceva rapporti di test di macinazione (MTR) certificati con ogni bobina di materiale in entrata, verificando che la composizione del materiale, le proprietà meccaniche e le condizioni della superficie siano conformi al grado specificato. La tracciabilità del materiale fino alla bobina originale deve essere mantenuta durante tutta la produzione e registrata sulla documentazione di consegna, che è un requisito obbligatorio per le applicazioni automobilistiche e aerospaziali e una best practice per tutte le applicazioni di stampaggio di precisione.

Progettazione per la stampabilità: in che modo la progettazione delle parti influisce su costi e qualità

Il design di una parte stampata ha un effetto diretto sul costo degli utensili, sul costo per parte e sulla qualità dimensionale ottenibile. Gli ingegneri che comprendono le regole fondamentali della progettazione dello stampaggio possono ridurre sostanzialmente la complessità e i costi degli utensili in fase di progettazione, prima che vengano commissionati. Le linee guida di progettazione di maggior impatto per lo stampaggio di precisione dei metalli sono:

1. Evitare tolleranze strette sulle caratteristiche formate: Le tolleranze dimensionali sulle caratteristiche formate come i raggi di curvatura, le altezze delle flange e le profondità della goffratura sono intrinsecamente più ampie delle tolleranze sulle caratteristiche di taglio perché il ritorno elastico, la variazione dello spessore del materiale e l'usura dello stampo contribuiscono tutti alla variazione delle caratteristiche formate. Specificare le tolleranze da taglio a taglio (distanze da foro a foro, diametri dei fori, dimensioni del profilo esterno) con la precisione richiesta, ma utilizzare la tolleranza più ampia accettabile sulle caratteristiche formate per evitare costose operazioni secondarie.
2. Mantenere un materiale adeguato tra i fori e i bordi: Come regola generale, la distanza minima dal centro di un foro al bordo della parte più vicino dovrebbe essere almeno 1,5 volte lo spessore del materiale, e la distanza minima tra due fori adiacenti dovrebbe essere almeno 2 volte lo spessore del materiale. Una spaziatura più ravvicinata provoca la distorsione del materiale attorno ai fori e un'usura accelerata della matrice nei punzoni.
3. Raggi di curvatura di progetto relativi allo spessore del materiale: Il raggio di curvatura interno minimo per la maggior parte dei tipi di acciaio laminato a freddo è compreso tra 0,5 e 1 volta lo spessore del materiale; la piegatura con un raggio inferiore a questo provoca fessurazioni superficiali sulla superficie esterna della curvatura. Per i materiali più duri come l'acciaio inossidabile e l'acciaio ad alta resistenza, il raggio di curvatura minimo è maggiore, in genere da 1 a 2 volte lo spessore del materiale, e anche l'angolo di ritorno elastico è maggiore, richiedendo una compensazione dell'angolo dello stampo.
4. Includere un utilizzo appropriato del materiale nel layout della striscia: Collaborare con il fornitore di stampi durante la fase di progettazione per ottimizzare l'orientamento della parte all'interno del layout della striscia. Una parte orientata di 15 gradi rispetto alla sua posizione predefinita sulla striscia può ottenere un utilizzo del materiale migliore del 10%, riducendo il costo del materiale di una percentuale significativa durante la vita produttiva della parte senza alcuna modifica alla geometria funzionale della parte.

Lo stampaggio della lamiera, lo stampaggio di precisione dei metalli e la fabbricazione personalizzata della lamiera offrono ciascuno una proposta di valore specifica e ben definita per i produttori di applicazioni automobilistiche, industriali e HVAC. La scelta tra loro è determinata dal volume, dai requisiti di precisione, dai tempi di consegna, dalla stabilità del progetto e dai requisiti materiali e ambientali specifici dell'applicazione. I produttori che investono tempo per comprendere queste caratteristiche del processo, applicarle alle loro specifiche decisioni di approvvigionamento e coinvolgere fornitori con capacità tecnica dimostrata nel processo pertinente otterranno la migliore combinazione di qualità, costo e affidabilità della fornitura dalla loro catena di fornitura di parti in lamiera.

Operazioni di finitura superficiale e post stampaggio di parti in lamiera

Una parte in lamiera stampata o fabbricata raramente lascia lo stabilimento di produzione nelle condizioni in cui esce dalla pressa o dal taglio laser. La maggior parte delle parti in lamiera industriali e automobilistiche richiedono una o più operazioni di post-elaborazione che puliscono, proteggono e migliorano funzionalmente la superficie prima che la parte sia pronta per l'assemblaggio. Comprendere le opzioni di finitura disponibili, le loro capacità e i loro limiti è importante per specificare correttamente le parti ed evitare l'errore comune di applicare una specifica di finitura che è insufficiente per l'ambiente di servizio o inutilmente costosa per le effettive condizioni di esposizione.

Pulizia e pretrattamento

Le parti stampate in acciaio contengono residui di olio lubrificante derivanti dal processo di stampaggio e sia le parti stampate che quelle fabbricate possono presentare scaglie di laminazione, ruggine e contaminazione sulla superficie che devono essere rimosse prima dell'applicazione di qualsiasi rivestimento. La granigliatura con grana di acciaio o perle di vetro abrasive è il metodo di preparazione più comune per le parti strutturali, ottenendo una pulizia della superficie di Sa 2,5 (quasi metallo bianco) e una ruvidità superficiale di Ra da 3 a 8 micrometri che fornisce un profilo di ancoraggio meccanico ideale per l'adesione di vernice e primer. Per le parti di precisione in cui le tolleranze dimensionali sono strette e la ruvidità superficiale dovuta alla sabbiatura è inaccettabile, lo sgrassaggio alcalino e il decapaggio acido forniscono la pulizia chimica senza abrasione meccanica della superficie.

Il rivestimento di conversione al fosfato di ferro o zinco applicato dopo la pulizia crea uno strato microcristallino che migliora l'adesione della vernice e fornisce un certo grado di inibizione della corrosione sotto la vernice. Il pretrattamento con fosfato di zinco combinato con primer elettroforetico (e coat) è lo standard dell'industria automobilistica per le parti strutturali della carrozzeria, fornendo una pellicola di primer continua e uniformemente sottile da 15 a 25 micrometri che penetra nelle sezioni scatolari e nelle aree cave che l'applicazione a spruzzo non può raggiungere e raggiunge una resistenza alla corrosione di 1.000 ore in nebbia salina neutra secondo ISO 9227 prima della prima ruggine. Lo stesso sistema di primer ecoat è sempre più adottato dai produttori di apparecchiature industriali per parti che richiedono la massima protezione dalla corrosione disponibile.

Sistemi di verniciatura a polvere e verniciatura a umido

La verniciatura a polvere è la finitura di finitura dominante per parti in lamiera industriali e commerciali grazie alla combinazione di una pellicola spessa e durevole in un'unica applicazione, emissioni di COV molto basse rispetto alle vernici liquide a base solvente e un'elevata efficienza di utilizzo del materiale (la polvere overspray viene recuperata e riutilizzata, raggiungendo un'efficienza di trasferimento del materiale compresa tra il 95 e il 99%). I rivestimenti in polvere di poliestere termoindurente applicati con uno spessore del film secco compreso tra 60 e 80 micrometri forniscono un'eccellente resistenza ai raggi UV all'esterno e rappresentano la finitura standard per involucri di apparecchiature HVAC, involucri elettrici e protezioni di macchinari industriali esposti a condizioni ambientali moderate.

Per le parti che richiedono una resistenza chimica molto elevata, i rivestimenti in polvere epossidica forniscono una protezione superiore contro gli alcali e molti prodotti chimici industriali, anche se sfarinano e sbiadiscono se esposti ai raggi UV e sono quindi utilizzati in applicazioni interne o sotterranee. I sistemi a due strati che combinano una polvere di primer epossidica con una polvere di finitura poliestere o poliuretano raggiungono sia la resistenza chimica che la stabilità ai raggi UV e rappresentano la specifica per apparecchiature industriali che operano in ambienti esterni aggressivi come miniere, giacimenti petroliferi e installazioni offshore.

Placcatura e finitura elettrochimica per pezzi di precisione

Le parti stampate di precisione per applicazioni automobilistiche, elettroniche e di controllo industriale richiedono spesso finiture metalliche elettrolitiche o chimiche che forniscano protezione dalla corrosione, resistenza all'usura o proprietà specifiche di contatto elettrico. La galvanica di zinco da 5 a 12 micrometri fornisce un'adeguata protezione dalla corrosione per componenti elettrici e stampati interni di automobili, con la passivazione con cromatura trivalente sullo strato di zinco che fornisce un indicatore visivo di corrosione e un ulteriore incremento di resistenza alla corrosione. La placcatura elettrolitica in nichel da 5 a 15 micrometri su contatti di precisione e molle dei connettori fornisce sia resistenza alla corrosione che resistenza di contatto bassa e stabile (tipicamente inferiore a 10 milliohm) necessaria per una trasmissione affidabile del segnale elettrico nei connettori di controllo automobilistico e industriale.

Per stampaggi di precisione di grandi volumi come terminali elettronici, contatti di connettori e molle di relè, la placcatura selettiva applica il rivestimento di metallo prezioso o funzionale solo all'area della superficie di contatto della parte, utilizzando processi di placcatura mascherati da bobina a bobina che riducono al minimo l'uso di costosi materiali di placcatura in oro, palladio o argento ottenendo al contempo le proprietà di contatto richieste su ogni superficie funzionale della parte stampata. Questa applicazione selettiva di rivestimenti funzionali è possibile solo con parti stampate di precisione che presentano una geometria coerente, poiché la registrazione del mascheramento dipende dalla ripetibilità dimensionale che le parti fabbricate o lavorate in genere non raggiungono alle velocità di produzione richieste.

Le specifiche di finitura per una parte in lamiera dovrebbero essere stabilite in fase di progettazione in consultazione con il fornitore di stampaggio o fabbricazione, non aggiunte come ripensamento dopo che la progettazione della parte è stata congelata. I requisiti di finitura influiscono sull'involucro dimensionale della parte (gli spessori della placcatura e del rivestimento in polvere si aggiungono alle dimensioni della parte e devono essere presi in considerazione negli spazi di assemblaggio), la progettazione di eventuali fori di fissaggio filettati (che devono essere mascherati o maschiati dopo il rivestimento per mantenere la qualità della filettatura) e le capacità di processo del fornitore. I fornitori con operazioni di finitura integrate – stampaggio e trattamento superficiale sotto lo stesso tetto – possono fornire un controllo più rigoroso sulla sequenza totale del processo e tempi di consegna più brevi rispetto a una catena di fornitura che sposta le parti tra fornitori separati di stampaggio e finitura.