È possibile utilizzare una pressa idraulica a telaio ad H per la pressatura a caldo?

Se sei un ingegnere di produzione o un responsabile di officina, probabilmente ti sei ritrovato a fissare unPressa idraulica con telaio ad Hnella tua struttura, chiedendoti se è abbastanza versatile da gestire qualcosa di più della semplice formatura a freddo o semplici attività di assemblaggio. Forse hai un lotto di parti che richiedono la pressatura a caldo (si pensi alla sinterizzazione dei metalli, alla laminazione di compositi o persino agli inserti termofissati) e non vuoi investire in un'attrezzatura completamente nuova. La domanda che ricevo più spesso come fornitore di presse idrauliche è: è possibile utilizzare una pressa idraulica con telaio ad H per la pressatura a caldo? La risposta breve è sì, ma solo se si prendono in considerazione alcune considerazioni chiave che rendono questo stile di telaio diverso da altri tipi di presse come la pressa idraulica con telaio a C o la pressa idraulica a pilastro. Analizziamolo con informazioni dal mondo reale, basate su migliaia di installazioni di macchine da stampa che ho supportato negli ultimi 15 anni.

Per prima cosa definiamo cosa comporta effettivamente la pressatura a caldo. A differenza della pressatura a freddo, che applica la forza a temperatura ambiente per modellare o unire i materiali, la pressatura a caldo combina la forza di compressione con il calore controllato (tipicamente tra 200°C e 1.200°C, a seconda del materiale) per ottenere proprietà che la formatura a freddo non può eguagliare. Ad esempio, la sinterizzazione dei metalli utilizza il calore per fondere insieme le particelle di metallo in polvere mentre la pressione mantiene la forma, ottenendo parti più dense e resistenti rispetto alle alternative sinterizzate a freddo. I laminati compositi (come la fibra di carbonio per le parti aerospaziali) spesso richiedono la pressatura a caldo per polimerizzare la resina ed eliminare i vuoti tra gli strati, mentre gli inserti termofissati nei componenti in plastica o metallo necessitano di temperatura e forza precise per evitare rotture durante il fissaggio dell'inserto.

Il design del telaio ad H è una scelta popolare per molti produttori perché offre elevata rigidità su un'ampia area di lavoro, accesso frontale completo per il carico e lo scarico di pezzi di grandi dimensioni e una robusta capacità di carico (fino a 10.000 tonnellate in alcune costruzioni personalizzate). Ma quando si iniziano ad aggiungere componenti termici a questo telaio, è necessario tenere conto della dilatazione termica, che è un fattore critico che non costituisce un grosso problema nella pressatura a freddo. Nelle operazioni a freddo, il telaio rimane a temperatura ambiente, quindi non vi è quasi alcuna modifica alla sua geometria strutturale durante il funzionamento. Quando si riscaldano le piastre (le piastre metalliche piatte che applicano forza alla parte), le piastre si espandono sia longitudinalmente che orizzontalmente e questa espansione trasferisce il calore al telaio stesso. Ciò può alterare l'allineamento del pistone della pressa (la parte mobile che applica la forza) e del supporto (la piastra fissa che supporta la parte), portando a una distribuzione non uniforme della pressione su tutta la parte. Per applicazioni critiche come i laminati aerospaziali, una pressione irregolare può creare punti deboli che falliscono durante i test, quindi questo non è un problema che puoi ignorare.

Parliamo dei componenti che è necessario modificare o aggiungere ad un telaio ad H standard per renderlo adatto alla pressatura a caldo. Innanzitutto, le piastre: le piastre standard della pressa a freddo sono blocchi di acciaio spessi, ma le piastre della pressa a caldo devono resistere alle alte temperature e mantenere la planarità sia sotto il calore che sotto la pressione. Offriamo spesso piastre in acciaio legato trattato termicamente per applicazioni di stampa a caldo, con canali interni per elementi riscaldanti o riscaldatori a cartuccia. Alcuni clienti aggiungono anche canali di raffreddamento alle piastre, soprattutto per le operazioni sensibili al ciclo, in modo da poter abbassare rapidamente la temperatura tra un lotto e l'altro per accelerare la produzione.

Poi il sistema di riscaldamento. Esistono due metodi di riscaldamento comuni per la pressatura a caldo: riscaldatori elettrici a cartuccia (inseriti nei canali della piastra) e riscaldamento a fluido (utilizzando olio caldo o acqua fatta circolare attraverso la piastra). I riscaldatori elettrici sono più semplici da installare e controllare per le parti più piccole, mentre i sistemi a fluido offrono una distribuzione del calore più uniforme per piastre più grandi. La chiave qui è che il sistema idraulico del tuo telaio ad H deve essere compatibile con qualsiasi modifica apportata alle piastre. Non vorrai installare riscaldatori a cartuccia da 500°C e scoprire che le guarnizioni del pistone della tua macchina da stampa non possono sopportare temperature superiori a 150°C. Questo è un errore che vediamo continuamente: i clienti non tengono conto del trasferimento di calore dalle piastre al pistone o al fluido idraulico, con conseguenti guasti alle guarnizioni e costosi tempi di inattività.

L'allineamento è un altro aspetto importante con le presse a caldo con telaio ad H. Le due gambe verticali del telaio sono ciò che fornisce rigidità, ma quando le piastre si surriscaldano, la loro espansione può causare un leggero spostamento del pistone. Per contrastare questo problema, consigliamo di aggiungere binari di guida lineari al gruppo del pistone, che lo mantengono allineato anche quando il telaio e le piastre si espandono. Alcuni produttori utilizzano supporti o spessori regolabili per impostare l'allineamento durante l'installazione, ma per la pressatura a caldo, tale allineamento deve essere controllato regolarmente man mano che la pressa invecchia, poiché cicli termici ripetuti possono causare lievi deformazioni nel tempo.

Ora, come si confronta il telaio ad H con gli altri tipi di pressa per la pressatura a caldo? Ad esempio, una pressa idraulica con telaio a C è più compatta ed economica per carichi leggeri, ma ha un solo lato per il supporto, quindi è più incline alla deflessione sotto alta pressione, specialmente se combinata con l'espansione termica. Ciò rende i telai a C meno ideali per attività di pressatura a caldo di grandi dimensioni e ad alta forza. Una pressa idraulica a pilastri utilizza quattro pilastri verticali invece di due gambe laterali, il che offre un eccellente allineamento, ma i pilastri sono spesso posizionati più vicini tra loro, limitando l'accesso a pezzi di grandi dimensioni. I telai ad H, al contrario, hanno accesso frontale e laterale completo, rendendoli perfetti per caricare parti stampate a caldo grandi o pesanti, come pannelli di carrozzerie o componenti di turbine eoliche. Il compromesso è che è necessario progettare il telaio ad H per gestire l'espansione termica, motivo per cui non offriamo una soluzione di pressatura a caldo “unica per tutti”: personalizziamo ciascun telaio ad H in base all'intervallo di temperatura specifico del cliente, alle dimensioni della parte e ai requisiti di forza.

Condividiamo un esempio reale di un cliente per renderlo concreto. Alcuni anni fa, abbiamo collaborato con un produttore di ingranaggi in metallo in polvere per autocarri pesanti che desiderava passare dalla sinterizzazione a freddo alla pressatura a caldo per aumentare la durata degli ingranaggi. Inizialmente hanno considerato una pressa a caldo a colonna dedicata, ma i loro ingranaggi avevano un diametro di 12 pollici e la spaziatura ridotta della pressa a colonna avrebbe reso impossibile scaricare i pesanti ingranaggi sinterizzati senza danneggiarli. Hanno deciso di modificare la loro esistente pressa con telaio ad H da 500 tonnellate, ma si sono rivolti a noi perché il loro primo tentativo di aggiungere componenti di riscaldamento è fallito: il loro pistone si è spostato di 0,5 mm quando le piastre hanno raggiunto i 400°C, causando una densità non uniforme negli ingranaggi. Abbiamo aggiunto guide lineari al pistone, aggiornato le guarnizioni con poliuretano ad alta temperatura e installato sensori di temperatura in entrambe le piastre per garantire un calore uniforme in tutta l'area di lavoro. Dopo la modifica, la densità degli ingranaggi è aumentata del 12%, riducendo l'usura e prolungando la durata dei componenti del 30%. Questo è il tipo di risultato che puoi ottenere adattando correttamente un telaio ad H per la pressatura a caldo.

Ci sono anche delle limitazioni da considerare quando si utilizza un telaio ad H per la pressatura a caldo. Per applicazioni a temperature molto elevate (oltre 800°C), spesso consigliamo un isolamento aggiuntivo tra le piastre e il telaio, poiché anche una piccola quantità di trasferimento di calore al telaio può causare problemi di espansione. Inoltre, non suggeriamo di utilizzare i telai ad H per la pressatura a caldo a forza ultraelevata (oltre 5.000 tonnellate) senza ingegneria personalizzata, perché le due gambe laterali del telaio possono subire uno stress torsionale maggiore rispetto ai quattro pilastri di una pressa a colonna quando la forza viene applicata in modo non uniforme a causa dell'espansione termica. Per le applicazioni ad alta forza, una pressa a colonna potrebbe essere un'opzione più affidabile e ti guideremo attraverso questo confronto.

La sicurezza è un altro fattore che non trascuriamo mai quando modifichiamo i telai ad H per la pressatura a caldo. Le piastre calde possono raggiungere temperature che causano gravi ustioni, quindi installiamo protezioni di sicurezza intorno all'area di lavoro, interblocchi che arrestano la pressa se le protezioni sono aperte e guanti e attrezzature resistenti al calore come parte del nostro pacchetto standard di pressa a caldo. Forniamo anche formazione agli operatori dei nostri clienti, poiché la pressatura a caldo aggiunge nuovi rischi come l'espulsione del pezzo dovuta alla dilatazione termica e al surriscaldamento del fluido idraulico.

In fin dei conti, se una pressa idraulica con telaio ad H soddisfa le vostre esigenze di pressatura a caldo dipende da tre fattori: l'intervallo di temperatura richiesto, le dimensioni e la forza della parte e la volontà di affrontare l'espansione termica e l'allineamento. Se possiedi già una pressa a telaio ad H, non dare per scontato che non possa eseguire la pressatura a caldo: con le giuste modifiche alle piastre, ai sistemi di riscaldamento e ai componenti di allineamento, può essere un'alternativa economica all'acquisto di una pressa a caldo dedicata. Se stai cercando una nuova macchina da stampa, lavorare con un fornitore che comprenda sia la progettazione del telaio ad H che i requisiti della pressatura a caldo ti aiuterà a evitare errori costosi.

Per ulteriori informazioni su come adattare il telaio ad H esistente o selezionarne uno nuovo per la pressatura a caldo, puoi esplorare la nostra gamma completa di soluzioni di presse idrauliche, inclusa laPressa idraulica con telaio ad H, scopri come si confronta la pressa idraulica con telaio a C per le tue attività specifiche o scopri i vantaggi di allineamento di una pressa idraulica a colonna. Il nostro team vanta decenni di esperienza nel supportare i produttori di tutti i settori, dall'automotive all'aerospaziale, e siamo qui per aiutarti a trovare la soluzione giusta per le tue esigenze di stampaggio a caldo. Contattaci oggi per discutere del tuo progetto e ottenere una raccomandazione personalizzata su misura per i tuoi obiettivi di produzione.

Riferimenti

1. Kalpakjian, S. e Schmid, SR (2014).Processi di produzione di materiali tecnici(7a ed.). Pearson Educazione.
2. Groover, deputato (2020).Fondamenti della produzione moderna: materiali, processi e sistemi(7a ed.). John Wiley & Figli.
3. Società americana degli ingegneri meccanici (ASME). (2018).Norme di sicurezza per presse idrauliche(B11.1-2018). ASME Internazionale.
4. Dieter, GE e Bacon, DJ (2018).Metallurgia meccanica(3a ed.). Istruzione McGraw-Hill.