Profilati e barre metalliche: differenze fondamentali, produzione e applicazioni
Profilati e barre metalliche in varie dimensioni sono parte fondamentale della vita quotidiana, utilizzati sia come prodotti finiti che come materie prime per una vasta gamma di applicazioni.
Profilati e barre metalliche: le differenze nella sezione trasversale
Secondo la Normativa Europea EN 10079, le barre metalliche sono così definite: barre formate a caldo con una sezione trasversale costante lungo tutta la loro lunghezza. Le barre tonde sono prodotti lunghi con una sezione trasversale circolare, con variazioni nel diametro. I profili invece presentano sezioni trasversali quadrate, esagonali o anche ottagonali, con lati tipicamente di 8 mm o più per i quadrati e 13 mm o più per gli esagoni. Altri prodotti lunghi con sezioni trasversali irregolari includono travi, canaline, angoli e binari. Barre e profili in una vasta gamma di dimensioni e formati sono disponibili in diversi materiali: acciai, metalli non ferrosi come rame e alluminio, e le loro leghe lavorate - insieme a titanio e leghe a base di nichel.
Tutto sulla produzione di barre e profilati
La produzione inizia con lingotti fusi come materia prima, che subiscono poi deformazione plastica attraverso processi di laminazione a caldo, occasionalmente seguiti da processi di laminazione a freddo oppure estrusione.
Processi di laminazione a caldo e a freddo
La laminazione a caldo avviene a temperature superiori al punto di ricristallizzazione del metallo, mentre quella a freddo viene eseguita a temperatura ambiente (al di sotto del punto di ricristallizzazione). Nel caso dell'acciaio, ad esempio, i lingotti vengono preriscaldati in un forno rotativo a circa 1.200 °C, processo che dura diverse ore. I lingotti riscaldati vengono quindi introdotti in un laminatoio, tipicamente composto da più stazioni consecutive con rulli scanalati. Durante questo processo, i lingotti vengono fatti passare attraverso i rulli (2 o più) in ciascuna stazione, una fase che richiede da 9 a 15 passaggi per completare la formatura.
I lingotti di acciaio vengono solitamente lavorati a caldo a temperature comprese tra 800 e 1.150 °C. Queste temperature elevate garantiscono un'alta malleabilità durante il processo e facilitano la formazione permanente di cristalli all’interno della microstruttura, processo noto come "ricristallizzazione". Durante la laminazione, i rulli esercitano una forte pressione che fa assumere ai lingotti la forma desiderata. Con ogni passaggio, la sezione trasversale si riduce e la lunghezza aumenta, mentre la velocità di laminazione accelera. Nel passaggio finale, i lingotti assumono la loro forma definitiva, talvolta presentando motivi superficiali specifici, come le nervature sulle barre di armatura del calcestruzzo (barre nervate). Dopo la laminazione a caldo, le barre o i profilati vengono rapidamente tagliati da una cesoia volante in lunghezze gestibili, ad esempio 50 metri, per facilitare la movimentazione sul letto di raffreddamento. Qui, vengono raffreddati, ispezionati e successivamente tagliati a freddo alla lunghezza richiesta per la spedizione. In alcuni casi, i pezzi sagomati possono essere sottoposti a un processo di laminazione secondario a temperatura ambiente (laminazione a freddo) per migliorare ulteriormente la loro precisione dimensionale.
Il processo di estrusione
L'estrusione è un processo di formatura in cui i lingotti vengono riscaldati alla temperatura di lavorazione e spinti attraverso una matrice per formare barre e profilati. Principalmente impiegato per alluminio e rame, questo processo consente di ottenere sezioni trasversali complesse. Le barre e i profili risultanti, che possono raggiungere una lunghezza fino a 60 metri, vengono successivamente tagliati alla lunghezza desiderata.
Trattamenti e finiture
Alcune barre e profili vengono sottoposti a trattamenti termici e superficiali per regolarne con precisione le caratteristiche del materiale. Ad esempio, le teste dei binari vengono spesso trattate termicamente in linea per migliorare la resistenza all'usura e agli urti. Le operazioni di finitura comprendono rettifica, taglio a freddo, marcatura e ispezione. Inoltre, i tondini in barre possono essere ridotti a diametri più piccoli, facendoli passare attraverso una o più matrici di estrusione.
Tecnologie di simulazione
Poiché i laminatoi per barre adottano varie configurazioni, i processi di laminazione vengono pianificati, simulati, eseguiti e monitorati attentamente mediante sistemi di simulazione assistita da computer. I computer assistono nella progettazione dei passaggi dei rulli, nella programmazione e nel controllo delle operazioni complesse, mentre strumenti software specializzati valutano la produttività e l’Overall Equipment Effectiveness (OEE - Efficienza complessiva della attrezzature) delle linee di laminazione.
Applicazioni
Le barre finite a caldo si distinguono dalle bacchette. Le barre di acciaio tonde laminate a caldo, che privilegiano la resistenza alla precisione, sono utilizzate per costruzioni e altre applicazioni. Al contrario, le barre tonde laminate a freddo, apprezzate per le dimensioni precise e la finitura superficiale, sono essenziali per sostegni e telai. Le barre tonde servono per una grande varietà di prodotti finali, tra cui assi per auto, rotori e alberi motore, aste dei pistoni, alberi di trasmissione, pistoni e cuscinetti delle ruote, cremagliere, differenziali e componenti per autoveicoli elettrici. Simili al filo, le barre tonde possono essere trasformate in molle, ganci, elementi di fissaggio e reti di rinforzo. I profili in acciaio, con sezioni trasversali quadrate e un lato che va da 6 a 130 mm, sono diffusi in edifici residenziali e commerciali, ringhiere e porte di sicurezza. I profilati in alluminio estrusi trovano utilità in profili per finestre e costruzioni, mentre i profilati in rame con sezioni trasversali di varie forme sono utilizzati come componenti per i collettori dei motori a corrente continua e le barre asimmetriche dei motori a corrente alternata. Nel caso dell'alluminio, il suo peso leggero gioca spesso un ruolo decisivo; mentre l'eccellente conducibilità elettrica e termica del rame ne migliorano le applicazioni.
Bibliografia
Siddhartha Ray: Principles and Applications of Metal Rolling
Cambridge University Press
https://assets.cambridge.org/97811070/76099/excerpt/9781107076099_excerpt.pdf
Siddhartha Ray: Principles and Applications of Metal Rolling
Heritage Institute of Technology, Kolkata, April 2016.
https://www.cambridge.org/us/universitypress/subjects/engineering/industrial-manufacturing-and-operations-engineering/principles-and-applications-metal-rolling?format=HB&isbn=9781107076099
Youngseog Lee: Rod and Bar Rolling. Theory and Applications
First published in 2004; eBook published in April 2014.
https://www.taylorfrancis.com/books/mono/10.1201/9781482276695/rod-bar-rolling-youngseog-lee
https://www.routledge.com/Rod-and-Bar-Rolling-Theory-and-Applications/Lee/p/book/9780824756499
Zygmunt Wusatowski: Fundamentals of Rolling
Elsevier, October 2013
https://books.google.de/books/about/Fundamentals_of_Rolling.html?id=ftggBQAAQBAJ&redir_esc=y
Aluminum Information Portal: Aluminum Extruded Profiles
https://aluminium-guide.com/en/aluminium-extruded-profiles/
Le informazioni sono state raccolte da Dipl.-Ing. Konrad Dengler, giornalista tecnico e traduttore specializzato in argomenti legati all’industria.