LAVORAZIONE PER STIRATURA DEL FILO METALLICO |
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La stiratura è una metodologia di lavorazione che sottopone il filo, di acciaio, di rame o di alluminio, ad un allungamento tale da superare il carico di snervamento del materiale, così da produrre incrudimento con conseguente innalzamento del valore del limite di snervamento e diminuzione dell'allungamento percentuale a rottura, permettendo però nel contempo di ottenere un buon compromesso tra queste due caratteristiche meccaniche.
A causa di questo peculiarità, si sono diffuse negli ultimi anni macchine che sfruttano questa lavorazione per produrre filo d'acciaio nervato per cemento armato avente caratteristiche conformi alla norma EURONORM - EN 10080
Con la stiratura è infatti possibile raggiungere molto agevolmente i parametri principali previsti da questa normativa che indica un carico do snervamento Re superiore a 500 MPa, un rapporto tra il carico a rottura Rm e il carico di snervamento Re del filo superiore a 1,08 e un allungamento percentuale a rottura A% superiore al 5%. E'importante puntualizzare che in generale in un acciaio a basso tenore di carbonio al crescere del grado di riduzione aumentano la resistenza a rottura e allo snervamento ma diminuisce il loro rapporto ( Rm/Re ) e conseguentemente l'allungamento percentuale a rottura A% : è possibile ottenere valori di tale rapporto in accordo con la normativa europea solo limitando la deformazione ad un valore massimo del 5%.
I vantaggi di questa metodologia sono essenzialmente legati a minori costi di produzione
: la metodologia produttiva classica ( processo di laminazione e freddo ) utilizzata fino ad ora richiedendo deformazioni per nervare il filo superiori al 12% rende difficoltoso il raggiungimento in modo diretto delle caratteristiche di duttilità : è infatti necessario sottoporre il materiale ad una ricottura con conseguente incremento dei costi.
Un altro aspetto di rilevanza ai fini di una valutazione della convenienza dell'operazione di stiratura è legato alla semplicità, flessibilità ed economicità dei macchinari di produzione richiesti.
Il processo di stiratura può essere eseguito con due diverse metodologie :
Processo di stiratura mediante trazione: Si esercita uno sforzo di trazione sufficiente a provocare un allungamento permanente di entità voluta sul filo.
Processo di stiratura mediante flessione : Si realizzano una serie di flessioni alternate su due o più piani così da ottenere un allungamento per effetto delle sollecitazioni contemporanee di flessione e trazione generate.
Analizziamo brevemente gli aspetti essenziali delle due metodologie
STIRATURA PER TRAZIONE
Gli impianti che utilizzano questo metodo di stiratura producono l'allungamento del filo avvolgendolo su ruote mosse con velocità periferiche differenti : l'allungamento percentuale ottenuto corrisponde alla differenza di velocità tra le stesse; è quindi possibile, controllando il rapporto tra i loro numeri di giri, fissare la percentuale di allungamento da ottenere. Lo stato tensionale presente nel filo è esprimibile con la seguente relazione :
:Sforzo nel filo generato dal tiro N [MPa]
N : Tiro tra le ruote [N]
A : Sezione del filo [mm^2]
Il tiro N si esprime con la seguente espressione :
: Carico di snervamento del filo [MPa]
: Diametro del filo [mm]
E' interessante notare che tutte le fibre del filo sono sottoposte alla medesima tensione ed al medesimo allungamento così da garantire una omogeneità nelle caratteristiche meccaniche finali ottenute.
La potenza assorbita dalla sola operazione di stiratura è eprimibile con la seguente formula :
P
: Potenza di tiro [kW]
S : Stiro percentuale : assume valori compresi tra 3 e 5
V : Velocità di stiro [m/s]
STIRATURA PER FLESSIONE
Il principio di funzionamento sul quale si basa questo metodo è già ampliamente utilizzato nel mondo del filo in altre applicazioni come ad esempio nei dispositivi di scagliatura meccanica e nei sistemi di raddrizzatura. Sostanzialemente nella stiratura per flessione si genera una deformazione plastica nel filo imponendo una curvatura tramite una flessione su un o più piani realizzata con dei rulli di opportuno diametro. Definito un ben preciso filo caratterizzato da un dato diametro d e da un carico di snervamento Re, è possibile identificare un raggio di curvatura al di sotto del quale nelle fibre più esterne si genera una deformazione plastica. Questo raggio, chiamato Raggio limite elastico, è così espresso :
E
: Modulo di elasticità [MPa] ; per gli acciai vale 206000 MPa
Re : Carico di snervamento [MPa]
d : Diametro del filo [mm]
Possiamo dire che avvolgendo un filo su un diametro inferiore al raggio limite elastico si produce sempre una certa plasticizzazione delle fibre del filo stesso : se il raggio di curvatura si riduce molto rispetto a questo limite ( come avviene ad esempio nel caso della scagliatura meccanica ) l'area di plasticizzazione si espande sempre di più . Analizzando dettagliatamente una sezione di filo soggetta a deformazione flessionale si ha che questa deformazione delle fibre non è costante ma è proporzionale alla distanza dall'asse neutro della sezione stessa ( si ricorda che l'asse neutro di una sezione è quella linea che passa per quelle fibre che non risultano deformate mantenendo quindi la loro lunghezza iniziale ) . Si nota che, mentre nella parte più lontana dai rulli risulta sollecitata a trazione e quindi si allunga, la parte a contatto con i rulli è sollecitata a compressione e quindi si contrae. Questo fatto fa in modo che l'allungamento finale complessivo sia fornito facendo la somma algebrica, su tutti i piani di deformazione, delle singole deformazioni di allungamento e di accorciamento presenti. La presenza di questa duplice deformazione fa in modo che nella stiratura per flessione la sezione del filo non presenti quelle caratteristiche di omogeneità deformativa e tensionale ottenute invece con la metodologia di deformazione a trazione : infatti nella sezione sono presenti fibre con deformazioni di segno opposto e con tensioni ad esse connesse, sia di compresione ( nelle vicinanze dei rulli) sia di trazione ( verso l'esterno ). Se l'entità di questi indesiderati effetti è elevata , si dovrà prevedere una lavorazione aggiuntiva di raddrizzatura e distensione del filo, con conseguente aumento dei costi di lavorazione.
La potenza necessaria per eseguire la sola operazione di stiratura è espressa dalla seguente formula :
P
: Potenza di stiratura richiesta [kW]
N : Tiro [N]
V : Velocità di stiro [m/s]
Il calcolo del tiro N non è di facile esecuzione in quanto dipende da vari parametri la cui interazione non è di facile idividuazione : tra essi spiccano l'interasse dei rulli, il loro diametro e le caratteristiche dell'acciaio stirato ( tra l'altro variabili a mano a mano che il filo passa tre i vari piani di flessione ) : è quindi sempre necessaria una fase di taratura sperimentale degli impianti di stiratura.
In conclusione per quanto esposto precedentemente , la metodologia
di stiratura per trazione è da preferirsi perchè è meno costosa ( macchine
più semplici, e più economiche ) e perchè consente di ottenere un prodotto più
omogeneo e senza tensioni residue nocive.
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