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Progettare un telaio è più semplice con gli incastri

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Strutture e telai realizzati con tubi metallici si sono diffusi da tempo in moltissimi settori industriali. La loro presenza è cresciuta di pari passo con la loro complessità e la disponibilità di strumenti e tecnologie capaci di poterli progettare e realizzare in modo da renderli non solo funzionali, ma anche e soprattutto economicamente convenienti.

Leggerezza, robustezza, qualità estetiche e ampia disponibilità di forme e dimensioni hanno ispirato generazioni di progettisti e di designer nei campi più disparati. Arredamento, meccanica, automotive, idraulica, solo per citarne alcuni, senza dimenticare quello che nei tempi più recenti sta incontrando la crescita più significativa: il settore delle grandi costruzioni.

Così sono nati alcuni oggetti che hanno migliorato la qualità della nostra vita (a), che hanno cambiato il nostro modo di muoverci (b), e altri che oggi possiamo ammirare nei musei di arte moderna (c).

 

tritticoa) Tubi curvati e tagliati laser su attrezzi per il fitness, b) telaio tubolare su veicolo elettrico, c) tubi in acciaio tagliati laser e curvati su sedia di design.

 

Approccio tradizionale alla creazione di un telaio

Per realizzare ciascuna di queste applicazioni seguendo l’approccio tradizionale, a partire dal progetto, vanno svolte su ciascun componente tubolare le sequenze di lavorazioni meccaniche necessarie: taglio a misura, forature, fresature e i trattamenti superficiali di finitura. La fase successiva è quella dell’assemblaggio ossia del corretto posizionamento reciproco di tutte le parti, rispettando le distanze e gli angoli, in modo che aggiungendo le opportune saldature, si ottenga un risultato complessivo in linea con le tolleranze geometriche del progetto.

Proprio in questa fase si possono incontrare difficoltà e imprevisti che generalmente fanno lievitare i costi e i tempi di realizzazione del manufatto.

Queste difficoltà sono ben note ai progettisti. Ogni linea che essi tracciano racchiude la conoscenza delle caratteristiche del materiale grezzo, la consapevolezza dei limiti delle tecnologie che saranno utilizzate, la stima dei costi e dei tempi richiesti per la messa in opera, il grado di confidenza sulla qualità del risultato finale.

È proprio in virtù di queste conoscenze, che si orientano le scelte di design e che si opta per soluzioni più o meno innovative a seconda del contesto e del margine di rischio permesso.

Nel caso di applicazioni a elevato contenuto estetico, pur utilizzando tubi di elevata qualità iniziale, saranno fondamentali le precisioni geometriche di assemblaggio nei punti di giunzione o di appoggio fra le varie parti.

Nel caso di applicazioni strutturali dove sono impiegati tubi di grandi dimensioni e grandi spessori, la precisione geometrica delle varie parti dipenderà dalla qualità del materiale di partenza e delle tolleranze costruttive dei profili utilizzati (tipicamente molto più elevate). Potrà perciò rendersi necessario l’aggiustaggio meccanico dei punti di giunzione o di appoggio durante la messa in opera.

In entrambi i casi (e in tutti quelli compresi fra questi due estremi), per procedere con successo, saranno richiesti notevoli sforzi per approntare e applicare le opportune maschere di saldatura.

 

Dima_saldatura_telaio_tubolare.Dima e attrezzature per la saldatura di un telaio tubolare.

 

Le maschere di saldatura

Per assemblare un telaio è molto spesso necessario realizzare un’attrezzatura costituita da numerosi punti di fissaggio e vincoli meccanici. Questa operazione richiede esperienza, tempo e precisione per garantire il posizionamento e gli orientamenti corretti di tutti i pezzi prima di procedere alla saldatura finale.

La preparazione delle maschere di saldatura è tanto più costosa (sul singolo manufatto) quanto più basso è il numero di esemplari da costruire e comporta che per saldare un telaio sia necessario un lungo tempo di set-up.

Nel caso di manufatti da realizzare in un solo esemplare (come avviene per le grandi costruzioni) i costi della fase di assemblaggio e saldatura hanno un grande impatto sull’intero progetto, aggravati in moti casi dalla necessità di correggere le dimensioni dei pezzi a causa della bassa precisione delle tecnologie di taglio utilizzate e dalla necessità di molare a mano le superfici tagliate a causa delle alterazioni termiche (causate proprio dal taglio) che ne impediscono l'immediata saldatura.

 

shutterstock333724487Smerigliatura dei bordi di un tubo lavorato con taglio termico.

 

Il taglio laser semplifica il design di una struttura tubolare

Lo scenario migliora nel caso in cui i componenti tubolari siano stati realizzati tramite taglio laser. È noto infatti che su un impianto di taglio laser del tubo si possano ottenere precisioni più elevate. e oltretutto non è necessario l’aggiustaggio delle superfici tagliate perché le alterazioni termiche indotte dal laser sono minimali e non pregiudicano la possibilità dell'immediata saldatura (al contrario di quanto avviene con altre tecnologie di taglio termico).

Ma c’è un altro grande vantaggio nell’uso del laser meno intuitivo e ancora poco diffuso.

Si tratta della possibilità di ricavare sui tubi, sagome e punzoni che creano vincoli meccanici e incastri fra più parti senza bisogno di ulteriori attrezzature. Si riduce di conseguenza la complessità delle maschere per la saldatura e si semplifica il compito di imporre distanze e angoli fra i componenti del telaio in fase di assemblaggio.

 

taglio-piega-del-tuboLavorazione di taglio piega per la riduzione del numero di componenti di un telaio.

 

Gli incastri

Appoggi passanti, incastri a baionetta e i cosiddetti tagli-piega sono alcune delle soluzioni che il laser è in grado di ricavare in modo automatico sui tubi per vincolare la posizione reciproca dei pezzi di un telaio.

L’applicazione di queste agevolazioni costruttive non richiede particolari competenze se si stanno usando strumenti software specifici per la progettazione di telai e per la lavorazione del tubo.

Artube (il CAD/CAM specifico per il tubo riservato ai clienti BLMGROUP) offre una libreria ricca di incastri già pronti. Con Artube è anche possibile disegnare in autonomia ulteriori soluzioni frutto della propria creatività o delle necessità particolari dell’applicazione. La libreria incastri diventa il naturale completamento delle funzionalità di progettazione di telai di qualunque complessità. Piccoli e grandi progetti che possono essere disegnati all’interno di Artube o come capita spesso progettati in altri ambienti CAD e poi importati in Artube (attraverso comodi formati di scambio: IGES, STEP, XT e IFC), per essere completati con le ulteriori lavorazioni appena descritte.

 

01Piazza Garibaldi, Napoli: copertura tubolare in acciaio.

 

Conclusioni

In conclusione, progettare e realizzare strutture tubolari sfruttando la tecnologia del taglio laser e aggiungendo i vantaggi degli incastri, offre a designer e progettisti maggior libertà di progettazione e la possibilità di ottenere più facilmente e velocemente assemblaggi precisi con un apprezzabile risparmio sui costi di realizzazione.

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