La professione di fabbro risale a molte migliaia di anni. Nei tempi antichi il fabbro martellava il metallo in oggetti utili con un martello, spesso riscaldando prima il metallo in una fucina. (La parola "Smith" deriva dalla stessa radice di "punire", quindi un fabbro era qualcuno il cui lavoro consisteva nel percuotere il metallo annerito in un incendio.)
I fabbri sono relativamente rari oggi, sebbene esistano ancora e utilizzino strumenti molto più moderni di quelli usati nell'antichità. Il lavoro di lavorare il metallo in oggetti utilizzabili ora è svolto principalmente dalla macchina. In nessun luogo questa arte della formatura dei metalli è più importante che nell'industria manifatturiera automobilistica, dove ogni parte metallica dalla carrozzeria dell'auto al più piccolo dado ad alette sulla ruota è creata da processi industriali di formatura dei metalli. Questi processi esistono all'avanguardia della produzione moderna, in cui i computer incontrano i macchinari meccanici e idraulici della fabbrica automobilistica.
La formatura dei metalli nel settore automobilistico è uno degli aspetti più importanti della produzione automobilistica. Se non fosse possibile lavorare il metallo in forme utili, le automobili non potrebbero esistere. E la capacità delle macchine, spesso controllate da computer, di produrre parti di automobili in modo rapido e affidabile è una delle cose che consentono di acquistare un'auto a un prezzo leggermente inferiore a quello che costerebbe acquistare una casa.
Ma come funziona la formatura dei metalli? È facile capire come un fabbro moderno possa modellare il metallo con un martello elettrico e una torcia ossiacetilenica, ma come può una macchina fare queste cose? Nelle prossime pagine parleremo di come questo processo di formatura dei metalli può essere meccanizzato ed eseguito su larga scala industriale. Esamineremo alcune tecniche e processi specifici utilizzati nella produzione automobilistica. Guarderemo anche al futuro e vedremo come le tecnologie di formatura dei metalli sviluppate oggi ci aiuteranno a costruire le auto di domani.
Una delle cose più importanti del metallo è che può subire deformazione plastica . Ciò non significa che il metallo sia fatto di plastica, ma può fare una delle cose che la plastica può fare:può letteralmente assumere quasi tutte le forme che possiamo immaginare.
Il processo di deformazione inizia con uno vuoto , una quantità di metallo in qualche forma elementare che subirà il cambiamento di forma. Il grezzo diventa il pezzo -- il pezzo di metallo da rimodellare -- nel processo di formatura del metallo. Per la formatura dei metalli per autoveicoli, lo sbozzato è spesso realizzato in lamiera, che può essere stampata, tagliata o piegata in una forma necessaria per la carrozzeria di un'automobile. In alternativa, può essere un solido blocco di metallo a forma cubica o a forma di lente. Ecco alcuni modi in cui un pezzo in metallo può essere deformato durante il processo di produzione automobilistica:
Piegatura: Nella flessione, la forza viene applicata a un pezzo di lamiera per produrre una curvatura della superficie. La piegatura viene generalmente utilizzata per produrre superfici curve semplici piuttosto che complesse. Una pressa azionata meccanicamente aziona un punzone contro la lamiera, costringendolo in una semplice matrice con una pressione sufficiente per produrre un cambiamento permanente nella forma del metallo. La quantità di pressione è importante. Se non viene applicata una pressione sufficiente, il metallo può semplicemente tornare alla sua forma originale. Se ne viene applicato troppo, può rompersi.
Disegno: Nel disegno, la lamiera viene forzata contro uno stampo che è stato tagliato nella forma tridimensionale, spesso curva, che la lamiera deve assumere. In effetti, lo stampo viene utilizzato come stampo per il metallo. Questa tecnica può produrre forme relativamente complesse. Ancora una volta, la pressione viene applicata al pezzo utilizzando un punzone azionato idraulicamente o meccanicamente. Ci sono una serie di pericoli coinvolti, non tanto per le persone (poiché il processo è in gran parte meccanizzato) ma per il metallo stesso. Può rompersi a causa della pressione eccessiva o raggrinzirsi a causa della sua interazione con il dado. Il lubrificante può essere utilizzato per far scorrere più dolcemente il metallo contro lo stampo, evitando la possibilità di raggrinzirsi. In alternativa, i bordi rugosi possono essere tagliati dal metallo in un'operazione separata. Questo metodo è comunemente usato per realizzare parti di carrozzeria e serbatoi di carburante.
Timbro: Nello stampaggio, un dispositivo chiamato pressa per stampaggio viene utilizzato con una serie di stampi per tagliare e modellare il metallo in varie forme. Questo è comunemente usato per realizzare ricambi per auto come coprimozzi e parafanghi.
Estrusione: L'estrusione può essere utilizzata per produrre oggetti metallici lunghi, come barre e tubi. Il pezzo in metallo viene forzato in uno stampo con un foro all'estremità opposta. Il metallo viene estruso attraverso il foro per formare la forma. L'estrusione può essere utilizzata per produrre parti importanti della trasmissione di un'auto o gli ancoraggi che tengono in posizione le cinture di sicurezza.
Forgiatura: Il processo di forgiatura utilizza un martello o una pressa che è essenzialmente una versione meccanizzata dei martelli usati dagli antichi fabbri. Il metallo viene martellato contro una superficie che funge da incudine. Può essere martellato ripetutamente in modo da formare forme complesse. Questo può essere utilizzato come alternativa al processo di disegno.
I processi di cui sopra sono generalmente utilizzati con metallo freddo. È possibile utilizzare anche metallo caldo, a volte a temperature sufficientemente elevate da poter versare il metallo fuso in uno stampo. Ciò richiede stampi molto costosi in grado di resistere al calore e devono essere eseguiti rapidamente, per ridurre al minimo l'esposizione dello stampo al metallo fuso.
Nella prossima pagina vedremo come le moderne tecnologie di formatura dei metalli stanno portando la produzione automobilistica nel futuro.
La cosa più importante che è accaduta alla produzione automobilistica e alla formatura dei metalli nell'ultimo mezzo secolo è il computer. I computer sono importanti per la formatura dei metalli in due modi:
Guidano il processo . Un computer può essere utilizzato per prendere decisioni in una frazione di secondo per guidare le operazioni di formatura del metallo attraverso sequenze complesse, ad esempio, utilizzando un martello da forgiatura contro un pezzo in lavorazione più o meno allo stesso modo di un antico fabbro, ma con la forza fisica aumentata delle macchine idrauliche . L'azione del martello può essere programmata in anticipo per produrre forme complesse come quelle create dalle mani di un artigiano umano. Allo stesso modo, i computer possono controllare il flusso del pezzo in lavorazione tra più fasi dell'operazione per produrre la forma finita.
Simulano il processo . Un computer può essere utilizzato per simulare le forze fisiche coinvolte nella formatura dei metalli in modo da poter inventare nuove operazioni di formatura dei metalli senza dover utilizzare macchinari costosi per sperimentare nuove idee. È disponibile un sofisticato software di simulazione per replicare le operazioni di formatura dei metalli sul computer, in modo che gli scienziati possano vedere il risultato dell'applicazione di calore e forza a diversi tipi di metallo. Gli errori commessi al computer sono molto meno costosi di quelli commessi nel mondo reale e consentono quel tipo di tentativi ed errori che sarebbero una perdita di tempo sui macchinari reali.
La simulazione al computer sta aprendo nuove prospettive nella formatura dei metalli. Molte delle nuove tecnologie di formatura dei metalli si basano su una profonda comprensione della microstruttura di vari tipi di metallo e dei processi fisici che avvengono all'interno del metallo sottoposto a pressione e calore. Alcuni dei nuovi processi sono ibridi di vecchi processi. C'è stato anche un passaggio verso i processi a metallo caldo, che consentono l'uso di metalli che non si prestano bene ai processi a freddo.
Queste nuove tecnologie consentono innovazioni come l'uso di metalli più leggeri che conservano ancora la forza dei tradizionali componenti automobilistici. Ciò è utile, ad esempio, nella produzione di veicoli a basso consumo di carburante o veicoli elettrici a batteria in cui la carrozzeria dell'auto deve essere il più leggera possibile per compensare il peso considerevole dell'array di batterie. Queste tecnologie consentono inoltre di produrre ricambi per auto in modo meno costoso senza un calo della qualità. Ad esempio, le tecniche di formatura elettromagnetica, in cui il pezzo metallico è esposto a un campo magnetico che crea un flusso elettrico nel metallo stesso, possono essere utilizzate per accelerare il processo di formatura senza la conseguente lacerazione e raggrinzimento che normalmente si verificherebbero. Ciò consente l'utilizzo di processi precedentemente non possibili nella formatura automatizzata dei metalli.
Negli anni trascorsi da quando Henry Ford ha dimostrato la fattibilità della produzione in catena di montaggio economica di automobili e ricambi auto, la scienza e la tecnologia della formatura dei metalli hanno fatto molta strada nel mostrare all'industria automobilistica come produrre auto straordinarie senza un prezzo straordinario.
Per ulteriori informazioni sulla formatura dei metalli nel settore automobilistico e altri argomenti correlati, seguire i collegamenti nella pagina successiva.
Fonti
