Come faccio a scegliere il materiale adatto per la mia fustella?

La scelta di un materiale adatto per la cassa del punzone è una decisione critica nella produzione di elementi di fissaggio come bulloni, viti, prigionieri e dadi. La cassa del punzone svolge un ruolo protettivo e di supporto per il punzone durante il freddo o forgiatura a caldo processo, garantendo stabilità dimensionale, riducendo l'usura e assorbendo i carichi d'urto. La scelta corretta del materiale può aumentare significativamente la durata dell'utensile, mantenere la costanza del prodotto e ridurre i tempi di fermo macchina causati da frequenti manutenzioni o guasti dell'utensile.

Di seguito è riportata una discussione dettagliata e professionale su come selezionare un materiale adatto per la fustellatura di elementi di fissaggio, tenendo conto di fattori meccanici, termici e operativi.

1. Comprendere la funzione del contenitore del punzone

Prima di selezionare il materiale, è essenziale capire di cosa si tratta. cassa di perforazione fa:

• Fornisce supporto strutturale al nucleo del punzone, assorbendo le sollecitazioni radiali e assiali durante la forgiatura.
• Previene la frattura del punzone dovuta alla distribuzione non uniforme dello stress.
• Protegge dalle deformazioni causate da urti ripetuti e forze di compressione.
• Mantiene l'allineamento concentrico del punzone, garantendo la precisione dimensionale degli elementi di fissaggio.
• Agisce come barriera termica nelle applicazioni di forgiatura a caldo, dove la fatica termica è un problema.

Pertanto, il materiale deve avere una combinazione di elevata tenacità, resistenza all'usura, buona lavorabilità e, quando richiesto, stabilità termica.

2. Fattori chiave nella selezione dei materiali

A. Forza e tenacità

• Il materiale deve resistere a carichi di compressione elevati senza fessurarsi.
• Resistenza è essenziale per prevenire fratture fragili dovute a urti improvvisi o carichi ciclici.
• Il materiale ideale dovrebbe avere una durezza equilibrata (circa HRC 40-50 dopo il trattamento), non così duro da diventare fragile e non così morbido da usurarsi prematuramente.

B. Resistenza all'usura

• A causa dell'ambiente abrasivo e del contatto ad alta pressione con altri utensili e con il pezzo in lavorazione, il materiale dovrebbe avere una buona resistenza all'usura.
• Ciò è particolarmente importante quando si formano elementi di fissaggio ad alta resistenza o si lavora con materiali abrasivi come l'acciaio inossidabile.

C. Proprietà termiche

• Nella forgiatura a caldo o nello stampaggio a caldo, il materiale della cassa del punzone deve resistere a temperature elevate senza perdere durezza (resistenza al rinvenimento).
• La resistenza alla fatica termica è importante per evitare microfessurazioni e scaglie superficiali.

D. Lavorabilità e trattabilità

• La facilità di lavorazione è importante per la precisione della produzione e per ridurre i costi di produzione.
• Il materiale dovrebbe inoltre rispondere bene al trattamento termico, in particolare tramite tempra e rinvenimento, per ottimizzarne la durezza e la tenacità.

3. Materiali comunemente usati per le custodie perforate

Ecco alcuni materiali tipici utilizzati nella produzione di fustelle, insieme alle loro caratteristiche:

A. DIN 1.2344 / H13 (Acciaio per utensili per lavorazioni a caldo)

• Proprietà: Elevata tenacità, eccellente resistenza agli shock termici, buona resistenza all'usura e buona temprabilità.
• Applicazioni: Ampiamente utilizzato sia nei punzoni che nelle custodie per forgiatura a freddo che a caldo.
• Professionisti: Buona resistenza alle cricche termiche, buona lavorabilità.
• Nota: Adatto ad entrambi stampaggio a freddo e applicazioni di forgiatura a caldo.

B. SKD61 (equivalente giapponese di H13)

• Proprietà: Simile a DIN 1.2344; elevata resistenza alle alte temperature, all'usura e agli urti.
• Applicazioni: Matrici per forgiatura a caldo, porta punzoni, matrici per estrusione.
• Professionisti: Prestazioni affidabili sotto carichi termici e meccanici ciclici.

C. DIN 1.2714 (45NiCrMo16)

• Proprietà: Elevata tenacità e buona resistenza all'usura; temprabile in olio.
• Applicazioni: Punzoni di grandi dimensioni, matrici per forgiatura a caldo.
• Professionisti: Mantiene la durezza anche sotto carichi elevati; adatto per applicazioni soggette a urti.

D. DIN 1.2767 (45NiCrMo16 + carbonio superiore)

• Proprietà: Elevata resistenza alla trazione, altissima tenacità.
• Applicazioni: Punzoni per stampaggio a freddo per elementi di fissaggio di grande diametro.
• Professionisti: Molto resistente alle crepe; utilizzato per lavorazioni di formatura a freddo impegnative.

E. AISI 4140 / 42CrMo

• Proprietà: Acciaio legato al cromo-molibdeno, di media durezza.
• Applicazioni: Porta-punzoni e custodie per uso generico.
• Professionisti: Economico, buon equilibrio tra durezza e tenacità, facile da lavorare e trattare.
• Nota: Spesso utilizzato in applicazioni meno gravose o in combinazione con inserti.

4. Considerazioni sul trattamento termico

Le prestazioni dei materiali utilizzati per la realizzazione dei punzoni dipendono in larga misura da un adeguato trattamento termico, che ne modifica la struttura interna per aumentarne la tenacità e la resistenza all'usura. Linee guida generali:

• Preriscaldare per ridurre lo stress termico durante la tempra.
• Tempra in olio o in aria, a seconda del materiale e dello spessore della sezione.
• Rinvenimento per ottenere la durezza finale desiderata (solitamente HRC 40–50 per i casi).
• Per H13/SKD61: si consiglia il doppio rinvenimento per stabilizzare la struttura e ridurre l'austenite residua.

5. Abbinare il materiale allo scenario applicativo

6. Considerazioni aggiuntive

• È possibile applicare rivestimenti (ad esempio TiN, CrN) per aumentare la durezza superficiale e ridurre l'attrito.
• La distanza di montaggio tra punzone e cassa deve essere ottimizzata per evitare sollecitazioni interne.
• La tolleranza di fabbricazione deve garantire un adattamento preciso con il corpo del punzone per ridurre la concentrazione di sollecitazioni.

Conclusione

La scelta del materiale giusto per la cassa del punzone richiede un attento equilibrio tra resistenza meccanica, resistenza all'usura, stabilità termica e fattibilità produttiva. Materiali come H13/SKD61, DIN 1.2714 e DIN 1.2767 sono i preferiti del settore grazie alle loro comprovate prestazioni in ambienti difficili. Tuttavia, la scelta finale dovrebbe basarsi sulla specifica applicazione di formatura, sul materiale del pezzo, sulla velocità di produzione e su considerazioni di costo.

Allineando le proprietà dei materiali alle esigenze operative, i produttori possono prolungare la durata degli utensili, garantire la coerenza del prodotto e ridurre i costi totali degli utensili.