Lo sviluppo tecnologico nei processi di lavorazione del tubo, frutto delle crescenti esigenze in termini di produttività e soprattutto flessibilità, ha portato alla realizzazione di impianti in grado di eseguire lavorazioni di estrema precisione e complessità su tubi già curvati, idroformati o sagomati. In questo tipo di lavorazioni la tecnologia di taglio laser 3D ricopre un ruolo sempre più importante.
Il legame fra produzione, taglio e deformazione
Nella lavorazione del tubo, le differenti tecnologie che entrano in gioco sono influenzate dalle caratteristiche fisiche e geometriche del pezzo (diametro, spessore e materiale), dal modo in cui è stato prodotto e dall'ordine in cui le lavorazioni sono state eseguite.
Di seguito sono esposti alcuni concetti cardine per la lavorazione del tubo, il legame fra le varie lavorazioni, le possibili problematiche che questo legame genera e il motivo per cui il taglio laser 3D può rappresentare la soluzione definitiva a determinati problemi di fattibilità.
L'influenza del cordone di saldatura sul taglio e sulla curvatura del tubo
La tecnologia con cui un tubo è prodotto ha un importante influenza sulle successive lavorazioni, in special modo quelle di taglio e curvatura.
In base al processo produttivo esistono infatti due principali tipologie di tubi:
- Tubi dotati di cordone di saldatura: ricavati da nastri metallici curvati e saldati lungo tutta la loro lunghezza;
- Tubi privi di cordone di saldatura: ottenuti per estrusione.
Tubi realizzati per estrusione (privi del cordone di saldatura) e tagliati con sistema Lasertube LT7.
La presenza o meno del cordone di saldatura ha un’importante influenza sulla risposta del tubo alla deformazione. Questo accade perché, a causa dell'alta temperatura che si viene a generare nella zona saldata, il materiale assume caratteristiche chimico-fisiche differenti dal resto del pezzo e di conseguenza una diversa risposta elastica e deformativa alle sollecitazioni.
Per questo motivo in fase di curvatura, ma anche di taglio laser, è necessario che il cordone di saldatura sia sempre nella medesima posizione, in modo che il tubo risponda sempre allo stesso modo e sia così garantita la ripetibilità dei pezzi ottenuti.
Le molteplici soluzioni per il taglio del tubo
Il tubo può essere tagliato con tecnologie diverse: manualmente tramite l'impiego di mola, segatrice a nastro, ossitaglio, etc., o in modo automatico con l'impiego di segatrici automatiche, impianti di taglio laser, taglio a coltello, taglio plasma, etc.
Il taglio del tubo può essere utilizzato anche per realizzare giunzioni, appoggi o incastri fra più tubi, applicazioni che talvolta richiedono la realizzazione di geometrie di taglio complesse. In questo caso le tecnologie più semplici come il taglio a disco e le altre tecnologie manuali non sempre garantiscono i livelli di produttività, precisione e fattibilità richiesti.
Entrano così in gioco altre tecnologie fra cui il taglio laser del tubo eseguito con sistemi Lasertube, che permette di realizzare geometrie complesse anche in presenza di profili aperti o sezioni speciali.
Tubo di sezione speciale tagliato con sistema Lasertube LT8.20.
La curvatura del tubo e il suo effetto sulla posizione delle geometrie di taglio
Il taglio è solo una delle tante lavorazioni che possono essere eseguite sul tubo metallico. Esistono infatti lavorazioni di deformazione come curvatura, sagomatura, idroformatura, etc., che hanno come obiettivo quello di far assumere al tubo la forma voluta senza interrompere la continuità del materiale.
Nella curvatura, una delle principali difficoltà è il controllo del ritorno elastico e della deformazione del materiale, due fenomeni dipendenti da svariati fattori fra cui la tecnologia di curvatura utilizzata: a stiramento, a flessione, a raggio fisso o variabile, il materiale e la geometria del tubo, il raggio medio e l'angolo di curvatura.
Il tubo curvato è infatti sempre soggetto sia a un ritorno elastico che si manifesta in una leggera riduzione dell’angolo di curvatura subito dopo la lavorazione, sia a due effetti deformativi che sono l’allungamento del tubo e la modifica dello spessore del tubo in prossimità della curva: maggiore nell'intradosso e minore nell'estradosso.
Per prevenire gli errori sul pezzo causati da questi fenomeni, esistono curvatubi CNC dotate di software di programmazione in grado di calcolare allungamento e ritorno elastico del tubo e che permettono di ottenere subito il primo pezzo giusto, evitando scarti e tentativi multipli iniziali.
Scopri di più su questo software e sulle problematiche di curvatura che può risolvere.
Inoltre, nell'eventualità che sul tubo siano già state effettuate operazioni di taglio a misura, fori o altre geometrie, è necessario tenere presente che per via dell’allungamento del tubo in fase di curvatura la loro posizione sarà modificata dallo stiramento del materiale.
Prevedere l'entità di questo spostamento è un problema non banale, generalmente affrontato attraverso numerosi tentativi con il conseguente spreco di tempo e materiale. Esistono però impianti di taglio laser e di curvatura del tubo in grado di dialogare fra loro per compensare in automatico lo spostamento delle geometrie conseguente alla curvatura e garantire da subito il primo pezzo giusto.
Approfondisci questa tecnologia
Il taglio laser del tubo curvato o idroformato
Nel caso in cui sul tubo curvato o idroformato debbano essere realizzate geometrie di taglio in prossimità o direttamente sulle zone soggette a deformazione, è impossibile eseguire tali lavorazioni prima dell'operazione di deformazione del pezzo. Questo perché la forma della geometria di taglio realizzata si deformerebbe a sua volta, e oltretutto attorno a essa si andrebbe a generare una concentrazione di tensioni tale da portare con ogni probabilità alla rottura del pezzo.
Il taglio laser 3D del tubo curvato, idroformato o sagomato risponde efficacemente a questo problema. Questo tipo di processo è realizzato con sistemi di taglio laser 5 assi o sistemi robot di taglio laser 3D che sono in grado di seguire il profilo da tagliare in ogni punto del tubo, realizzando così quelle geometrie che non avrebbero potuto essere realizzate prima del processo di deformazione.
Approfondisci le differenze fra i vari impianti di taglio laser 3D
Nel tubo in basso ad esempio si osserva la presenza di un foro realizzato proprio sull'estradosso della curva. Qualora il foro fosse stato realizzato precedentemente all'esecuzione della curva, il tubo non avrebbe resistito alla curvatura.
Tubo curvato e tagliato laser 3D con sistema di taglio laser 5 assi LT-FREE e manipolazione robot.
L'importanza del software di programmazione
Gli impianti di taglio laser 3D necessitano di potenti strumenti software per la loro programmazione perché devono calcolare i movimenti dei gradi di libertà (almeno 5) necessari a seguire nello spazio un qualsiasi percorso tridimensionale. Gli stessi strumenti software devono essere sufficientemente flessibili per agevolare non solo la produzione di grandi lotti, ma anche di lotti piccoli e produzioni prototipali, caratteristica quest'ultima sempre più sentita in numerosi settori industriali come l'Automotive dove spesso vengono usati per la produzione di grandi serie.
Scopri come programmare un sistema di taglio laser 3D
L’utilizzo di un sistema di taglio laser 3D dotato di un software che permette la programmazione offline e la rapida messa in macchina del pezzo è indispensabile per ottenere la flessibilità produttiva necessaria a rispondere rapidamente alle mutevoli richieste del mercato.
Gestire lo sfrido causato dal processo di deformazione
Lo sfrido è sempre presente a seguito delle operazioni di curvatura, idroformatura o deformazione, in quanto parte del materiale viene afferrato dalle morse di bloccaggio delle curvatubi o dagli stampi delle presse. In questi casi si rende così necessario eliminare lo sfrido con un'operazione di rifilo.
Visto che questo tipo di lavorazione avviene attorno a tutto il diametro del tubo nelle sue due parti terminali, l'utilizzo di un robot dedicato alla manipolazione del pezzo è la soluzione ideale, poiché posiziona le due estremità del tubo con il migliore orientamento affinché la testa di taglio laser 5 assi possa eseguire la lavorazione.
Il robot, come elemento di manipolazione del pezzo, si presta particolarmente al taglio di tubi curvati o idroformati poiché dispone il pezzo in una sequenza di posizioni diverse e permette alla testa di taglio di eseguire le lavorazioni su qualsiasi punto della superficie in un solo ciclo.
Quali altri benefici è in grado di offrire la manipolazione robot nel taglio laser 3D?
Taglio laser 3D di un tubo curvato su sistema di taglio laser 5 assi LT-FREE.
I vantaggi del taglio laser 3D di tubi curvati o idroformati
L'utilizzo di impianti per il taglio laser 3D nel taglio di tubi curvati o idroformati offre importanti vantaggi per la produzione:
- Più lavorazioni diverse in un unico processo: il taglio laser 3D permette di eseguire sul tubo già deformato tutte le operazioni che altrimenti avrebbero dovuto essere fatte su macchine separate. Questo elimina semilavorati da movimentare, immagazzinare o piazzare su macchine dedicate, snellendo tutto il processo produttivo.
- Maggiore qualità dei pezzi realizzati: il taglio laser permette di ottenere geometrie precise, prive di bave o deformazioni meccaniche, che non necessitano di ulteriori lavorazioni di finitura.
- Non servono attrezzature di taglio o maschere dedicate: con il taglio laser 3D e grazie all'uso del robot per la manipolazione del pezzo, maschere e attrezzature di taglio dedicate non sono più necessarie.