Che cos'è la fabbricazione dei metalli: Tipi, processi e applicazioni
La fabbricazione dei metalli trasforma metalli grezzi o semilavorati in prodotti finiti attraverso il taglio, la sagomatura e lo stampaggio. Il processo inizia con materiali grezzi che vengono tagliati, piegati e uniti per ottenere pezzi finiti per usi decorativi, industriali e strutturali.
Progetti su larga scala come piattaforme di perforazione petrolifera, navi e ponti, ma anche componenti più piccoli come motori e persino gioielli, sono tutti prodotti attraverso la fabbricazione di metalli.
Questo articolo introduce la definizione, i vantaggi e gli svantaggi, i processi, i principali tipi e le applicazioni della fabbricazione dei metalli, continuate a leggere insieme!
Pro e contro della lavorazione dei metalli
La fabbricazione di metalli presenta numerosi vantaggi che la rendono una scelta popolare per un'ampia gamma di settori. Allo stesso modo, presenta anche dei difetti: ecco un'analisi dettagliata di questi vantaggi e svantaggi a confronto.
I vantaggi della lavorazione del metallo
Alta resistenza: I prodotti metallici hanno tipicamente un'elevata resistenza e durata, che li rende adatti ad applicazioni portanti o ad alte sollecitazioni.
Alta precisione: Le tecniche moderne, come la lavorazione CNC, consentono un'accuratezza a livello di micron, rendendole adatte a pezzi di precisione nella produzione di dispositivi aerospaziali e medici.
Buona conducibilità elettrica e termica: Ideale per applicazioni di elettronica, trasmissione di potenza e scambio di calore.
Alta malleabilità: Può essere modellato in forme complesse mediante forgiatura, fusione, stampaggio, ecc.
Riciclabilità: I metalli possono essere fusi e riutilizzati, rendendoli ecologici ed efficienti dal punto di vista delle risorse.
Ampia applicabilità: Utilizzato in settori quali l'edilizia, l'automotive, l'aerospaziale, la robotica, i semiconduttori e altri ancora.
Contro della lavorazione del metallo
Costo elevato: Le materie prime, le attrezzature e le tecniche di lavorazione sono costose, soprattutto le leghe ad alte prestazioni come l'acciaio, l'alluminio 7075, il titanio, l'invar, la stellite e il kovar.
Difficile da elaborare: Alcuni metalli, come il titanio e il tungsteno, sono estremamente duri e richiedono strumenti e tecniche specializzate, aumentando le difficoltà di produzione e riducendo l'efficienza.
Peso elevato: Molti metalli (acciaio) hanno una densità elevata, che aumenta i costi di spedizione e di assemblaggio.
Incline alla corrosione: Alcuni metalli (ferro) sono inclini all'ossidazione e alla ruggine e richiedono un trattamento superficiale aggiuntivo come la galvanoplastica e la verniciatura.
Alto consumo energetico: Processi come la fusione e la forgiatura richiedono temperature e pressioni elevate, con un notevole consumo di energia.
Problemi di sicurezza: La lavorazione può comportare temperature elevate, trucioli metallici o fumi tossici, il che richiede misure di sicurezza rigorose.
La nostra esperienza dimostra che la fabbricazione del metallo presenta dei vantaggi nei volumi elevati e nelle produzioni a lungo termine. Il costo iniziale della lavorazione del metallo può superare quello della lavorazione della plastica, ma la sua durata e versatilità spesso valgono l'investimento.
Come funziona la fabbricazione dei metalli?
La fabbricazione dei metalli avviene attraverso una serie di passaggi che trasformano il metallo grezzo in prodotti finiti.
1. Selezione del materiale
In base ai requisiti del progetto, selezionare l'acciaio, alluminioo lastre di rame in officina.
2. Selezione della macchina e del processo
La produzione vera e propria prevede il taglio del metallo con una taglierina laser o una sega a nastro, la piegatura del metallo con una pressa piegatrice e l'unione dei componenti tramite saldatura. Le nostre macchine CNC garantiscono una precisione di taglio entro 0,005 mm, consentendo di realizzare forme complesse.
3. Trattamenti post-finitura
Il processo di produzione comprende anche opzioni di post-lavorazione, se necessario, per proteggere e migliorare la resistenza e l'aspetto del metallo. La punzonatura crea fori nella lamiera, mentre lo stampaggio forma modelli specifici sulla lamiera.
4. Ispezione della qualità
Il prodotto finale viene sottoposto a test di precisione e a controlli di qualità durante l'intero processo di produzione per garantire la conformità dei pezzi agli standard industriali.
Principali tipi di tecniche di lavorazione del metallo
Ora che abbiamo esplorato il funzionamento della fabbricazione dei metalli, esaminiamo i principali tipi di tecniche utilizzate nel settore.
Lavorazione industriale del metallo
La fabbricazione industriale dei metalli si riferisce al processo tecnico di formatura, taglio, collegamento, trattamento superficiale e altre operazioni su materiali metallici come l'acciaio, l'acciaio inossidabile e l'alluminio attraverso metodi meccanici, termici o chimici per la produzione di parti, parti strutturali o prodotti finali.
È un anello fondamentale dell'industria manifatturiera globale ed è ampiamente utilizzato nei settori aerospaziale, automobilistico, edile, energetico e in altri campi. I prodotti fabbricati includono blocchi motore, gusci in lega di alluminio, travi in acciaio e torri di turbine eoliche.
Fabbricazione di metalli strutturali
La fabbricazione di strutture metalliche è la spina dorsale di molti progetti su larga scala. La carpenteria metallica produce telai metallici che sostengono edifici, ponti e altre strutture per settori come l'edilizia, aerospazialee automobilistico che richiedono strutture ad alta resistenza.
Gli ingegneri scelgono in primo luogo materiali specifici come l'acciaio al carbonio, l'acciaio inox o l'alluminio in base ai requisiti di carico e ai fattori ambientali - l'acciaio rimane la scelta più comune nelle applicazioni strutturali grazie al suo rapporto resistenza-peso e all'economicità. Questi materiali vengono poi tagliati, saldati e assemblati secondo precise specifiche ingegneristiche, utilizzando tecniche come la saldatura TIG e MIG, rispettando rigorosamente gli standard industriali.
Vediamo alcuni tipi di parti metalliche che possono essere utilizzate nei progetti strutturali:
I componenti strutturali in acciaio, come le travi ad H, le travi ad I, le travi a C, gli acciai angolari e le travi a T, sono componenti importanti per la costruzione di ponti.
I connettori e gli elementi di fissaggio sono solitamente utilizzati per le connessioni rigide ai nodi delle strutture in acciaio.
Gli appoggi metallici, come gli appoggi a strisciamento e gli appoggi sismici, sono solitamente utilizzati per l'isolamento sismico di ponti o apparecchiature.
Le scale e i corrimano in acciaio sono spesso realizzati in acciaio inossidabile o zincato e presentano determinati requisiti di durata e resistenza.
Fabbricazione di metalli commerciali
La fabbricazione commerciale di metalli è il processo di lavorazione di materiali metallici in prodotti standard o personalizzati in risposta alla domanda del mercato.
Rispetto ai componenti strutturali, i pezzi metallici commerciali tendono ad essere più piccoli, più precisi e più flessibili nella produzione. Sono tipicamente utilizzati nell'edilizia e nella decorazione, nell'elettronica e negli elettrodomestici, nelle apparecchiature mediche e alimentari e in altri settori.
Di seguito sono elencati i più comuni prodotti metallici commerciali:
- Facciate continue in metallo
- Ringhiere
- Hardware
- Telaio per auto elettriche
- Recinzioni
- Radiatore
- Rack per strumenti chirurgici
- Attrezzature per la lavorazione degli alimenti
Oltre alle tre tecnologie di fabbricazione dei metalli introdotte sopra, esistono anche la fabbricazione di metalli su misura (per i servizi di prototipazione), la fabbricazione di metalli ornamentali, la fabbricazione di lamiere e la fabbricazione di metalli elettrici.
Principali processi di fabbricazione dei metalli
La fabbricazione dei metalli trasforma le materie prime in prodotti finiti attraverso varie tecniche. Noi di DEK impieghiamo questi processi chiave per soddisfare gli standard industriali e garantire ai nostri clienti consegne puntuali.
Colata
La fusione è uno dei processi di base della fabbricazione dei metalli.
Definizione di base: La colata si riferisce a parti complesse in lega realizzate versando il metallo fuso in stampi appositamente progettati per essere raffreddato e solidificato in una forma geometrica specifica. I principali tipi di colata comprendono la colata in sabbia, la colata a iniezione e la colata in stampo a pressione.
Processo:
- Creare le cavità dello stampo
- Versare il materiale fuso
- Raffreddare e solidificare
- Rimuovere il prodotto fuso
Applicazioni: parti leggere di motori, parti rotanti di telai per l'industria automobilistica; pale di turbine, parti di sistemi di alimentazione, parti di carrelli di atterraggio per l'industria aerospaziale; alloggiamenti di macchine per risonanza magnetica e telai di scanner CT per l'industria medica.
Taglio
Il taglio è la base della lavorazione dei metalli. Prima della finitura, i materiali metallici vengono spesso tagliati per dividere grandi pezzi di metallo in parti utilizzabili più piccole.
I metodi di taglio più comuni includono il taglio con mola, il taglio alla fiamma, il taglio con sega, il taglio al plasma, il taglio al laser e il taglio a getto d'acqua.
Punzonatura
La punzonatura è il processo di separazione del materiale nella parte cava di un pezzo con il materiale intatto tra un punzone e un utensile per ottenere un foro di dimensioni appropriate, ed è comunemente utilizzata nella produzione di grandi volumi di pezzi metallici.
La punzonatura si avvale di punzonatrici specializzate per creare fori precisi nella lamiera, per soddisfare una serie di esigenze nella produzione di metalli leggeri e pesanti.
Disegno
La trafilatura applica una forza di trazione per tirare il metallo attraverso uno stampo conico, creando forme di metallo più sottili con dimensioni precise.
Questa tecnica trasforma le lastre piatte in forme utili come vasi cilindrici e contenitori simili a scatole.
Piegatura
La piegatura è una tecnologia di lavorazione dei metalli utilizzata principalmente per piegare i materiali metallici in angoli e forme specifiche. La piegatura è il processo di base della formatura dei metalli e il suo fulcro risiede nel controllo preciso degli angoli, dei raggi e del ritorno elastico.
Tabella comparativa delle caratteristiche di piegatura di sette metalli
| Materiale | Resistenza allo snervamento (MPa) | Allungamento (%) | Min. Raggio di curvatura (mm) | Trattamento della superficie | Applicazioni |
| SUS301 | 205-255 | 15-20 | 1.5t | Galvanotecnica | Cornici per smartphone |
| AL6061 | 120-150 | 8-12 | 2t | Anodizzazione | Alloggiamenti per altoparlanti intelligenti, dissipatori di calore |
| Lega di Mg | 140-180 | 5-8 | 3t | Nichelatura | Supporti per telefoni, montature per occhiali |
| SGCC | 280-350 | 10-15 | 3t | Spruzzatura elettrostatica | Porte per caricabatterie per veicoli elettrici, pannelli per case intelligenti |
| SKD11 | 850-1050 | 2-5 | 5t | Rivestimento in teflon | Moduli di raffreddamento di precisione per smartphone |
| C16800 | 140-160 | 15-20 | 2t | Passivazione chimica | Componenti di precisione per dispositivi medici |
| SUS316L | 170-205 | 15-20 | 2t | Incisione laser | Alloggiamenti per apparecchiature resistenti alla corrosione |
Saldatura
La saldatura, in genere riferita alla saldatura dei metalli, è un processo di fabbricazione che unisce due oggetti separati in un unico pezzo integrato mediante il riscaldamento, l'applicazione di una pressione o entrambe le cose contemporaneamente. In questo modo si creano forze di legame a livello atomico tra i materiali per ottenere una struttura unificata.
In base allo stato dei materiali metallici durante il processo di saldatura, i metodi di saldatura sono classificati in tre tipi principali: saldatura per fusione, saldatura a pressione e brasatura. Le tecniche di saldatura più comuni includono la saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG), la saldatura a gas inerte di metallo (MIG) o la saldatura ad arco con gas metallici (GMA) per soddisfare le diverse esigenze di progetto.
Saldatura TIG:
Offre un eccellente controllo sull'apporto di calore, rendendolo ideale per la giunzione di lamiere sottili e per la saldatura a passate. È particolarmente indicato per la saldatura di metalli come l'alluminio e il magnesio, che tendono a formare ossidi refrattari.
Saldatura MIG:
Simile a Saldatura TIGcon la differenza che utilizza un filo metallico consumabile al posto dell'elettrodo di tungsteno nella torcia. Il filo viene alimentato automaticamente da una bobina da un rullo azionato da un motore in base alle esigenze di saldatura, mentre la fonte di calore è un arco elettrico a corrente continua.
GMAW (Gas Metal Arc Welding):
Si riferisce all'uso di un elettrodo consumabile con gas di protezione per eseguire la saldatura a gap stretto.
Lavorazione meccanica
La lavorazione è un altro metodo di lavorazione dei metalli che si concentra sulla rimozione del materiale da un pezzo e sulla sua modellazione. Vediamo i processi principali, tra cui la fresatura, la tornitura e la foratura, per creare pezzi metallici di precisione.
Fresatura
La fresatura è un metodo di lavorazione ad alta precisione che utilizza un utensile rotante a più tagli per tagliare un pezzo. L'obiettivo della fresatura è aumentare il tasso di asportazione del metallo (MRR), che può essere ottenuto aumentando significativamente la velocità di taglio o l'avanzamento per dente per ottenere una maggiore produttività.
Esistono vari tipi di operazioni di fresatura, tra cui la fresatura frontale, la fresatura piana, la fresatura angolare, la fresatura di forma e altre ancora.
Trasformazione
La tornitura è una parte della lavorazione. La lavorazione al tornio utilizza principalmente utensili di tornitura per tornire pezzi rotanti ed è impiegata soprattutto per lavorare parti simmetriche di corpi rotanti, come parti di alberi, superfici cilindriche interne ed esterne di parti di dischi e filettature coniche.
Le operazioni di tornitura più comuni comprendono la sfacciatura, la scanalatura, il taglio, la filettatura, la foratura, l'alesatura, la zigrinatura e la maschiatura.
Perforazione
La foratura è un processo di lavorazione CNC che utilizza punte rotanti per creare fori precisi nei pezzi. È essenziale per i pezzi che richiedono fori di fissaggio o canali interni.
Le operazioni più comuni comprendono la foratura a punti, la foratura profonda, l'alesatura e la svasatura. Il controllo numerico assicura un'elevata precisione e coerenza nelle serie di produzione.
Tosatura
La cesoiatura è un processo di lavorazione dei metalli che taglia la lamiera piatta nelle forme o dimensioni desiderate applicando una forza di taglio.
Questo processo è compatibile con diversi materiali metallici, tra cui alluminio, acciaio, acciaio inossidabile, ottone e bronzo. Consente un taglio rapido con bordi puliti, il che lo rende particolarmente adatto alla produzione di grandi volumi.
Forgiatura
Forgiatura La forgiatura è un metodo di lavorazione in cui la pressione viene applicata a uno spezzone di metallo mediante martellatura, pressatura o laminazione, provocando una deformazione plastica per produrre fucinati con proprietà meccaniche, forme e dimensioni specifiche.I principali tipi di forgiatura comprendono lo stampaggio a stampo aperto, lo stampaggio a caldo e lo stampaggio a freddo.
Timbratura
Lo stampaggio trasforma fogli di metallo piatti in forme specifiche attraverso la pressione e l'impatto.
Lo stampaggio può realizzare la lavorazione del metallo di forme geometriche complesse, adatte alla produzione di grandi volumi, con tassi di utilizzo del materiale superiori a 90%.
Quattro tipi di processo di stampaggio
| Tipo di processo | Applicazioni tipiche | Gamma di spessore (mm) |
| Oscuramento | Taglio di fori, rifilatura di bordi | 0.05-2.0 |
| Piegatura | Vano batteria pieghevole, formazione della staffa | 0.1-0.3 |
| Disegno | Cornici per smartphone, scocche per tablet | 0.2-1.5 |
| Formazione | Flanging, necking, spinning | 0.3-5.0 |
Quali metalli vengono solitamente lavorati?
Le varie proprietà dei metalli svolgono un ruolo cruciale nel campo della lavorazione, e ogni metallo possiede caratteristiche uniche che influenzano le operazioni di produzione e le applicazioni. Approfondiamo alcuni metalli comunemente utilizzati e le ragioni per cui sono adatti alla lavorazione dei metalli.
Acciaio
L'acciaio è uno dei metalli più utilizzati nel nostro sistema metallico, con caratteristiche di resistenza, durata e plasticità. È ampiamente utilizzato nei settori dell'edilizia, dell'automobile e dell'industria.
Alta resistenza: adatto a sopportare carichi elevati, ampiamente utilizzato in parti strutturali e parti meccaniche.
Lavorabilità: L'acciaio può essere facilmente trasformato in forme complesse attraverso vari processi come la forgiatura, lo stampaggio, il taglio, la saldatura, ecc.
Resistenza all'usura: Grazie alla lega o alla tempra, è possibile ottenere un'elevata resistenza all'usura, adatta alla realizzazione di utensili e stampi.
Acciaio inox
L'acciaio inossidabile è una lega altamente resistente alla corrosione, ampiamente utilizzata nei settori che richiedono igiene, forza e durata. È essenziale nelle costruzioni, nelle apparecchiature mediche e nella lavorazione degli alimenti.
Elevata resistenza alla corrosione: Resiste alla ruggine e alle macchie grazie al contenuto di cromo, ideale per gli ambienti difficili.
Resistenza e durata: Mantiene l'integrità strutturale sotto sforzo, utilizzato in ponti, edifici e macchinari.
Proprietà igieniche: La superficie non porosa la rende perfetta per gli strumenti medici e gli elettrodomestici da cucina.
Lavorabilità: Può essere saldato, tagliato e formato, anche se alcuni gradi richiedono strumenti specializzati.
Alluminio
L'alluminio è un metallo leggero e versatile, noto per l'eccellente rapporto forza-peso e la resistenza alla corrosione. È ampiamente utilizzato nei settori aerospaziale, degli imballaggi e dei trasporti.
Leggero: Circa un terzo del peso dell'acciaio, ideale per aerei e veicoli.
Resistenza alla corrosione: Forma uno strato protettivo di ossido, adatto per applicazioni all'aperto e in mare.
Conducibilità: Eccellente conduttore termico ed elettrico, utilizzato nelle linee elettriche e negli scambiatori di calore.
Riciclabilità: 100% è riciclabile senza perdita di qualità e quindi ecologico.
Rame
Il rame è un metallo altamente conduttivo e malleabile, essenziale per il cablaggio elettrico, l'idraulica e l'elettronica.
Conducibilità elettrica: Il migliore tra i metalli non preziosi, fondamentale per cablaggi e circuiti.
Conduttività termica: Utilizzato negli scambiatori di calore, nei radiatori e nelle pentole.
Proprietà antimicrobiche: Uccide i batteri, rendendolo utile negli ospedali e nei sistemi idrici.
Duttilità: Facilmente trafilabile in fili o martellabile in fogli senza rompersi.
Ottone
L'ottone è una lega di rame e zinco apprezzata per l'aspetto simile all'oro, la lavorabilità e le proprietà acustiche. È comune negli strumenti musicali, negli accessori e negli oggetti decorativi.
Resistenza alla corrosione: Resiste all'appannamento, è adatto per applicazioni marine e idrauliche.
Lavorabilità: Più morbido dell'acciaio, facile da fondere, forgiare e lucidare.
Qualità acustica: Utilizzato in campane, strumenti a fiato e bossoli di munizioni.
Estetica: L'ottone lucidato è un materiale decorativo per apparecchi, gioielli e oggetti d'antiquariato.
Applicazioni della lavorazione dei metalli
La fabbricazione dei metalli è alla base di molti settori industriali in tutto il mondo. Di seguito sono riportati alcuni dei settori in cui la lavorazione dei metalli può essere applicata:
Aerospaziale
La fabbricazione dei metalli è fondamentale nel settore aerospaziale per la produzione di aerei, veicoli spaziali e sistemi di propulsione. Le applicazioni principali includono:
Aeromobili: Le leghe di alluminio e titanio vengono fabbricate nei pannelli della fusoliera, nei longheroni delle ali e nelle centine per bilanciare resistenza e peso.
Componenti del motore: Le superleghe ad alta temperatura vengono lavorate nelle pale delle turbine e nelle camere di combustione.
Sistemi di precisione: I sistemi idraulici e di alimentazione si basano su raccordi lavorati a CNC e tubi saldati.
Fabbricazione additiva: Le parti metalliche stampate in 3D riducono il peso di satelliti e droni.
Automotive
Dai veicoli tradizionali ai veicoli elettrici, la fabbricazione dei metalli consente la produzione di massa e l'innovazione:
Strutture del corpo: Lo stampaggio dell'acciaio forma porte, cofani e telai resistenti agli urti.
Propulsori: I blocchi motore lavorati a CNC e gli alberi a gomiti forgiati garantiscono la durata.
Batterie EV: Gli alloggiamenti in alluminio tagliati al laser proteggono i moduli della batteria dagli urti.
Parti personalizzate: La saldatura robotizzata assembla sistemi di scarico e componenti delle sospensioni.
Medico
La fabbricazione di precisione dei metalli garantisce sicurezza e funzionalità nel settore sanitario:
Strumenti chirurgici: L'acciaio inossidabile viene fresato in bisturi, pinze e impianti.
Apparecchiature diagnostiche: Le leghe di rame proteggono le macchine per la risonanza magnetica dalle interferenze.
Protesi: Le aste in titanio sono lavorate a CNC per ottenere arti leggeri e biocompatibili.
Strumenti di sterilizzazione: Le autoclavi e i vassoi chirurgici si affidano a saldature resistenti alla corrosione.
Energia
La fabbricazione dei metalli alimenta i sistemi di energia rinnovabile e tradizionale:
Petrolio e gas: Le condotte sono realizzate in acciaio ad alta resistenza per resistere alla pressione.
Turbine eoliche: Le sezioni della torre sono laminate e saldate da lastre di acciaio.
Fattorie solari: I telai in alluminio supportano i pannelli fotovoltaici per garantire la resistenza alla corrosione.
Nucleare: Le leghe di zirconio resistenti alle radiazioni sono lavorate
Elettronica
Le parti metalliche miniaturizzate consentono di realizzare dispositivi moderni:
Circuito: Il rame viene inciso in tracce conduttive sui PCB.
Dissipatori di calore: Le alette in alluminio dissipano il calore delle CPU e dei LED.
Connettori: I contatti in ottone placcato oro garantiscono una trasmissione affidabile del segnale.
Conclusione
Attraverso l'introduzione di cui sopra, abbiamo imparato a conoscere i vantaggi e gli svantaggi della lavorazione dei metalli, la lavorazione, i tipi, i processi, i metalli e le applicazioni.
Per garantire componenti di alta qualità, è necessario comprendere i diversi processi di produzione e scegliere i materiali giusti per ottenere risultati precisi. DEK vi fornirà tutte le vostre esigenze di lavorazione dei metalli. Il nostro team trasformerà le vostre idee in realtà con tecnologia, assistenza e consegne puntuali di prima classe.
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