La trafilatura
La trafilatura è una lavorazione plastica che consiste nel far passare per trazione il materiale, sotto forma di barre di diverse sezioni, vergelle o tondi, attraverso una trafila o filiera, costituita da una piastra di acciaio provvista di una serie di fori calibrati svasati di dimensioni man mano decrescenti, in modo da diminuirne o modificarne la sezione fino a raggiungere quella desiderata. La riduzione di sezione che si ottiene dipende dal materiale e dalle caratteristiche del prodotto da realizzare.
Questa lavorazione può essere eseguita a caldo, ma più frequentemente viene eseguita a freddo. In quest’ultimo caso, come nella laminazione a freddo, si verifica un incrudimento del materiale che comporta la necessità di successivi trattamenti di ricottura. La laminazione a freddo viene particolarmente usata per ricavare tondini e fili.
Le macchine che eseguono la trafilatura si chiamano trafilatrici e possono essere di vari tipi: per fili, per barre, multiple.
Per usi particolari possono essere utilizzate anche filiere in metallo duro sinterizzato e, per fili molto sottili, filiere in diamante.
Il metallo così stirato esce dalla trafilatrice con una superficie liscia e con sezione rigorosamente costante pari a quella del foro della filiera.
Consente di ottenere prodotti finiti con notevole precisione dimensionale e finitura superficiale quali:
- Fili
- Barre tonde o profilate
- Tubi
- Nastri
Filiera
Elementi della filiera:
- Zona di imbocco (A)
- Zona conica di trafilatura (b)
- Zona cilindrica di calibratura (c)
- Zona conica di uscita (d)
La filiera deve tenere conto dimensionalmente dell’elasticità del materiale e dell’usura per compressione cui è soggetta. È prodotta in ghisa dura, acciai speciali per utensili, metalli duri sinterizzati e diamante. L’angolo di semi apertura assume valori da 6° a 20° per grandi rapporti di riduzione.
Trafilatura di fili
La trafilatura di fili è compiuta in “continuo” attraverso più filiere e con l’ausilio di diversi aspi rotanti. Ciascun aspo (eccetto gli estremi) compie sia una funzione traente che una funzione svolgente: nella parte bassa si opera la trazione del filo per farlo uscire dalla filiera che precede l’aspo; nella parte superiore un braccio rotante in senso inverso a quello dell’aspo provvede ad un regolare svolgimento del filo per il passaggio nella filiera successiva.
Si possono ottenere diametri inferiori ai 5 mm della vergella da laminazione per cavi elettrici, filo di ferro, funi, molle. I diametri di partenza possono essere dell’ordine di 10- 15 mm e si utilizzano quali lubrificanti saponi in polvere, grassi, olii minerali. La fosfatazione dell’acciaio consente di:
- Accrescere la velocità di lavorazione
- Ridurre l’usura della filiera
- Aumentare il rapporto di riduzione
- Migliorare la finitura superficiale
- Ridurre i costi di processo
Dopo un certo numero di passaggi (3÷4), l’incrudimento impedisce di proseguire nell’operazione di trafilatura ed è necessario eseguire una ricottura intermedia. I materiali sono molto duttili; è possibile eseguire un numero maggiore di passaggi senza ricottura intermedia (15 passaggi per il Cu). Vi è anche la possibilità di ottenere anche fili molto sottili, fino a 50 µm di diametro.
Trafilatura di barre
Per la trafilatura di barre si usano banchi nei quali il materiale viene trafilato barra per barra, per tratti lunghi al più come il banco stesso. La barra viene trascinata attraverso la filiera con opportuni sistemi e si possono trafilare barre di diametro fino ad oltre 20mm. Le barre trafilate sono molto resistenti a causa della loro struttura fibrosa e sono superiori alle barre laminate per levigatezza della superficie, precisione e costanza del diametro ed omogeneità della struttura.
La trafilatura delle barre serve per ottenere una buona finitura superficiale oltre ad una ottima tolleranza dimensionale.
Trafilatura di tubi
La trafilatura di tubi serve per ridurre o espandere il diametro di tubi precedentemente ottenuti per laminazione, estrusione, saldatura. Generalmente viene utilizzata a freddo o a caldo per ottenere tubi di grande diametro senza saldatura. Lo spessore o il diametro dei tubi prodotti per estrusione sono ulteriormente ridotti nella trafilatura anche tramite l’utilizzo di un mandrino di forma opportuna, a seconda del tipo di tubo che si vuole ottenere.
Macchine trafilatrici
Per mettere in trazione e trafilare i pezzi si utilizzano due tipi di macchinari:
BANCHI DA TRAFILATURA:
Sono simili alle macchine per trazione orizzontale e si utilizzano sistemi idraulici per sezioni molto grandi che richiedono carichi elevati. Si possono trafilare pezi con una lunghezza massima di 30m.
BULL BLOCKS:
Sono rulli avvolgitori motorizzati che avvolgono fili trafilati e applicano la trazione necessaria per la trafilatura.
Trattamenti preliminari
DECAPAGGIO: questo trattamento permette di eliminare dalla superficie lo strato di ossidi formatosi durante precedenti operazioni di laminazione o trattamenti termini di ricottura; viene compito in bagno di acido solforico o di acido cloridrico
FOSFATAZIONE: il filo viene immerso in soluzione acquosa di fosfati di Fe, Zn e Mn; sulla superficie del filo si ancorano piccoli cristalli di fosfati che esplicano un’azione lubrificante
LUBRIFICAZIONE: è necessaria per ridurre l’attrito e facilitare il passaggio del materiale nella filiera. Possono essere utilizzati lubrificanti in polvere (lubrificazione a secco) o liquidi (lubrificazione ad umido).
In base al tipo di lubrificazione si possono distinguere si possono distinguere due tipi di trafilatura:
- a secco – si rimuove l’ossido superficiale per attacco chimico; il materiale passa attraverso un bagno di sapone in polvere prima di entrare nella filiera.
- in umido – il pezzo e la matrice sono completamente immersi nel lubrificante (oli o emulsioni) durante la trafilatura
Trattamenti dopo la trafilatura
Terminata la trafilatura dei fili o delle barre si potrà eseguire un trattamento termico finale di ricottura, la raddrizzatura ed il taglio.
Il filo metallico, infine, può essere sottoposto ad ulteriori trattamenti per la produzione dei suoi derivati:
- cordatura dei cavi
- bobinatura del filo di rame
- fabbricazione dei chiodi
- fabbricazione delle rete metallica
- altro
Quali sono i difetti della trafilatura
I difetti sono molto simili a quelli dell’estrusione.
Si possono generare cricche interne centrali, striature, piegature o cricche longitudinali in superficie e sforzi residui, generati da deformazioni non omogenee.