Pedeorelha | Come funziona la formatura dei metalli automobilistici

Rudolf Cole
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I fabbri hanno martellato il metallo in oggetti utili per migliaia di anni. Guarda le immagini degli utensili elettrici. © iStockphoto.com/Stacey Bates

La professione di fabbro risale a molte migliaia di anni fa. Nei tempi antichi il fabbro martellava il metallo in oggetti utili con un martello, spesso riscaldando il metallo prima in una fucina. (La parola "Smith" ha la stessa radice di "punire", quindi un fabbro era qualcuno il cui lavoro consisteva nel colpire il metallo annerito in un incendio.)

I fabbri sono relativamente rari oggi, anche se esistono ancora e usano strumenti molto più moderni di quelli usati nei tempi antichi. Il lavoro di lavorare il metallo in oggetti utilizzabili viene ora svolto principalmente dalla macchina. Da nessuna parte questa arte della formatura dei metalli è più importante che nell'industria automobilistica, dove ogni parte metallica dal corpo dell'auto al più piccolo dado ad alette sulla ruota è creata da processi di formatura industriale del metallo. Questi processi esistono all'avanguardia della produzione moderna, dove i computer incontrano i macchinari meccanici e idraulici degli stabilimenti automobilistici.

La formatura dei metalli automobilistici è uno degli aspetti più importanti della produzione automobilistica. Se non fosse possibile lavorare il metallo in forme utili, le auto 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 rende possibile acquistare un'auto per un po 'meno di quanto 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, discuteremo di come questo processo di formatura dei metalli può essere meccanizzato ed eseguito su base industriale su larga scala. 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 a vuoto, una quantità di metallo in qualche forma di base che subirà il cambiamento di forma. Lo spazio vuoto diventa il file pezzo in lavorazione -- il pezzo di metallo da rimodellare - nel processo di formatura del metallo. Per la formatura del metallo automobilistico, il grezzo è spesso realizzato in lamiera, che può essere stampata, tagliata o piegata nella forma necessaria per la carrozzeria di un'automobile. In alternativa, può essere un solido blocco di metallo a forma cubica o simile a una lente. Ecco alcuni modi in cui un pezzo di metallo può essere deformato durante il processo di produzione automobilistica:

Piegatura: Nella piegatura, 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 spinge un punzone contro la lamiera, costringendolo in un semplice stampo con una pressione sufficiente a 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 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 da lavorare 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 per troppa pressione o raggrinzirsi a causa della sua interazione con lo stampo. Il lubrificante può essere utilizzato per far scorrere più agevolmente il metallo contro lo stampo, evitando la possibilità di increspature. 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.

Stampaggio: Nello stampaggio, un dispositivo chiamato pressa per stampaggio viene utilizzato con una serie di stampi per tagliare e formare il metallo in varie forme. Questo è comunemente usato per realizzare parti di automobili 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 nell'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. Può essere utilizzato anche metallo caldo, a volte a temperature sufficientemente elevate da consentire il versamento del 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 pagina successiva vedremo come le moderne tecnologie di formatura dei metalli stanno spostando la produzione automobilistica nel futuro.

I lavoratori di una fabbrica di automobili Hyundai allineano parti metalliche stampate utilizzate nella sua linea di assemblaggio di automobili a Pechino, in Cina. AP Photo / Ng Han Guan

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 frazioni di secondo per guidare le operazioni di formatura dei metalli 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 di macchinari idraulici . 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 del metallo in modo che possano essere inventate nuove operazioni di formatura del metallo senza dover utilizzare macchinari costosi per sperimentare nuove idee. È disponibile un sofisticato software di simulazione per replicare le operazioni di formatura del metallo 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 sul computer sono molto meno costosi di quelli fatti nel mondo reale e consentono il tipo di tentativi ed errori che sarebbe 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 con metalli caldi, 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 delle parti automobilistiche tradizionali. 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 della serie di batterie. Queste tecnologie consentono inoltre di produrre ricambi auto a un costo inferiore senza un calo di 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 rughe che normalmente si verificherebbero. Ciò consente l'uso di processi precedentemente non possibili nella formatura automatica dei metalli.

Negli anni trascorsi da quando Henry Ford ha dimostrato la fattibilità della produzione di automobili e componenti di automobili in una catena di montaggio poco costosa, la scienza e la tecnologia della formatura dei metalli hanno fatto molta strada nel mostrare all'industria automobilistica come produrre automobili straordinarie senza un prezzo straordinario.

Per ulteriori informazioni sulla formatura dei metalli automobilistici e altri argomenti correlati, seguire i collegamenti nella pagina successiva.

Come funziona la formatura dei metalli automobilistici

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